Стремясь уморить раковые клетки мозга голодом и остановить развитие опухолей, исследователи Комплексного онкологического центра Линбергера Университета Северной Каролины заблокировали основной путь, который опухолевые клетки мозга используют для преобразования сахара в энергию. Они надеялись, что это приведет к голоданию опухолевых клеток и замедлению их роста. Однако, к их удивлению, эта стратегия фактически ускорила рост лабораторных моделей медуллобластомы.
Исследование, опубликованное в журнале Cancer Research, было частью серии попыток исследователей UNC Lineberger отключить механизмы производства энергии при медуллобластоме, наиболее распространенной злокачественной опухоли головного мозга у детей. Полученные данные могут помочь исследователям определить подходящую терапевтическую мишень в пути метаболизма сахара и дать ключ к разгадке научной загадки, связанной с запутанным способом, которым некоторые раковые клетки получают энергию из сахара.
"Наша цель – продолжать выяснять, что помогает раковым клеткам расти, и пытаться остановить это," сказал Тимоти Р. Гершон, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологии Медицинской школы UNC. "Мы продолжим разбирать этот путь производства энергии в раковых клетках – провести молекулярное рассечение, чтобы попытаться найти часть, которая заставляет раковые клетки."
Гершон сказал, что предыдущие исследования показали, что раковые клетки зависят от процесса, называемого "аэробный гликолиз," в котором присутствует кислород, но клетки не используют его для получения максимального количества энергии из сахара. По словам Гершона, клетки, использующие аэробный гликолиз, должны использовать больше сахара, чтобы получать такое же количество энергии.
"Это вопрос, который ученые впервые начали задавать в 1920-х годах, и мы все еще пытаемся ответить на него," Гершон сказал. "Почему раковые клетки используют аэробный гликолиз?"
Гликолиз в целом производит меньше энергии и создает побочный продукт, известный как молочная кислота. Гершон и его сотрудники ранее показали, что нормальные клетки, которые размножаются в растущем мозге, зависят от аэробного гликолиза.
"В то время как большинство клеток используют гликолиз только тогда, когда кислород недоступен, раковые клетки используют гликолиз все время, даже в условиях, богатых кислородом," он сказал. "Никто не знает почему, но многие люди надеялись, что блокирование этой формы гликолиза поможет вылечить рак."
Исследователи из лаборатории Гершона заблокировали различные молекулярные механизмы, которые клетки используют во время гликолиза, чтобы не дать им вырабатывать энергию. Ранее они обнаружили, что удаление гена, участвующего в гликолизе, гексокиназы 2, снижает рост опухоли головного мозга на доклинических моделях. Однако Гершон сказал, что у людей будет сложно нарушить ген, потому что он похож на гексокиназу 1, которая жизненно важна для выживания человека. Итак, они искали другую цель.
"Мы изучили другие гены в пути гликолиза, чтобы увидеть, могут ли они быть лучшими мишенями для ингибиторов, и чтобы лучше понять, как этот путь поддерживает рост рака," Гершон сказал.
В новом исследовании они удалили ген, который кодирует молекулу под названием пируваткиназа. Однако удаление этого гена фактически стимулировало рост рака в лабораторных моделях.
"В этой статье показано, что некоторые шаги в гликолизе увеличивают рост опухоли, а другие шаги уменьшают рост опухоли," Гершон сказал. "Мы не знаем почему, но явно имеет значение, на какой шаг нацелен."
Вместе эти два исследования показывают, что то, как раковые клетки метаболизируют глюкозу, значительно влияет на их пролиферативное поведение, сообщили исследователи. Самое последнее исследование указывает на то, что действия, предшествующие стадии пируваткиназы, являются ключом к предотвращению роста рака.
Помимо руководства будущими усилиями по поиску терапевтической мишени, которая могла бы блокировать производство энергии раковыми клетками, исследователи, возможно, нашли возможный ключ к разгадке того, почему раковые клетки используют этот конкретный путь производства энергии. Они проследили путь сахара через клетку и сузили возможности того, куда идет глюкоза. Основываясь на своих выводах, они предполагают, что клетки медуллобластомы используют глюкозу для производства белков, которые используются для создания большего количества клеток, а не для обеспечения энергией.