Το έτος 2021 είναι η 100ή επέτειος μιας θεμελιώδους ανακάλυψης σε κάθε βιβλίο βιοχημείας. Το 1921, ο Γερμανός γιατρός Otto Warburg παρατήρησε ότι τα καρκινικά κύτταρα χρησιμοποιούσαν την ενέργεια σε σάκχαρο γλυκόζης με αναποτελεσματικό τρόπο: Τα καρκινικά κύτταρα ζυμώνουν τη ζάχαρη σαν μανιτάρια ζύμης αντί να «καίνε» τη ζάχαρη χρησιμοποιώντας οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία χωρίς οξυγόνο συμβαίνει γρήγορα, αλλά αφήνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας στη γλυκόζη χωρίς έκθεση.
Όσοι θέλουν να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο που ονομάζεται «μεταβολισμός του Warburg» έχουν υποβάλει διάφορες υποθέσεις με την πάροδο των ετών. Μεταξύ αυτών των υποθέσεων ήταν ο ισχυρισμός ότι τα μιτοχόνδρια γνωστά ως «ενεργειακά κέντρα» κυττάρων δεν βρέθηκαν σε καρκινικά κύτταρα και επομένως η γλυκόζη δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί πλήρως. Αλλά όλες αυτές οι εξηγήσεις υπέκυψαν σε νέα ευρήματα. Για παράδειγμα, τα μιτοχόνδρια των καρκινικών κυττάρων βρέθηκε να λειτουργούν καλά.
Τώρα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον ανοσολόγο Ming Li από το Κέντρο Καρκίνου Memorial Sloan Kettering (MSKCC) αποκάλυψε μια νέα απάντηση βασισμένη σε πολλαπλά γενετικά και βιοχημικά πειράματα σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στις 21 Ιανουαρίου στο επιστημονικό επιστημονικό περιοδικό Science.
Τα ευρήματα βασίζονται σε μια σχέση μεταξύ του μεταβολισμού Warburg και της κινάσης PI3, ενός σημαντικού ενζύμου που εμπλέκεται στην ενεργειακή απόδοση των κυττάρων, το οποίο δεν έχει μελετηθεί λεπτομερώς στο παρελθόν. Δρ. Ο Λι εξηγεί αυτό το ένζυμο ως εξής:
«Η κινάση PI3 είναι ένα βασικό μόριο μεταγωγής σήματος που λειτουργεί σχεδόν σαν τον κυβερνήτη του μεταβολισμού των κυττάρων. Τα περισσότερα από τα γεγονότα υψηλού ενεργειακού κόστους στο κελί, όπως η κυτταρική διαίρεση, συμβαίνουν μόνο όταν το σήμα PI3 κινάσης. Με τη μετάβαση των κυττάρων στον μεταβολισμό του Warburg, η δραστηριότητα της κινάσης PI3 αυξάνεται και ως αποτέλεσμα, η τάση των κυττάρων να διαιρούνται γίνεται ισχυρότερη. Είναι σαν να δίνει ένα μεγάφωνο σε έναν αρχηγό. “
Τα ευρήματα αμφισβητούν την κοινή άποψη που έγινε αποδεκτή μεταξύ των βιοχημικών που τοποθετούν το μεταβολισμό στη δεύτερη θέση μετά την κυτταρική σηματοδότηση. Προτείνει ότι η στόχευση του μεταβολισμού μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως αποτελεσματικός τρόπος για την πρόληψη της ανάπτυξης καρκίνου.
ΑΝΟΣΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Η ερευνητική ομάδα μελέτησε το μεταβολισμό του Warburg σε κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, τα οποία στηρίζονται και πάλι σε αυτήν την αναποτελεσματική μορφή μεταβολισμού. Όταν τα ανοσοκύτταρα διεγείρονται σε λοίμωξη, ένας συγκεκριμένος τύπος που ονομάζεται Τ κύτταρο αυξάνεται σε αριθμό και ενισχύει το σύστημα καταπολέμησης της λοίμωξης, ενώ το οξυγόνο “καίει” μετάβαση από τον συνηθισμένο μεταβολισμό στον μεταβολισμό του Warburg.
Το κύριο «κλειδί» που ελέγχει αυτήν τη μετάβαση είναι η γαλακτική αφυδρογονάση Α (LDHA), ένα ένζυμο που παράγεται ως αποτέλεσμα της μεταγωγής σήματος κινάσης ΡΙ3. Ως αποτέλεσμα αυτής της μετάβασης, η γλυκόζη καίγεται εν μέρει, αλλά η βασική μονάδα ενέργειας των κυττάρων, που ονομάζεται ATP, παράγεται γρήγορα. (Όταν τα κύτταρα χρησιμοποιούν οξυγόνο για «καύση» γλυκόζης, αυτά τα μερικώς αποσπασμένα μόρια πηγαίνουν στα μιτοχόνδρια για να διασπάσουν περαιτέρω και υπάρχει καθυστέρηση στην παραγωγή ATP).
Δρ. Ο Λι και η ομάδα του απέδειξαν επίσης σε ποντίκια ότι τα Τ κύτταρα που δεν είχαν το ένζυμο LDHA δεν μπόρεσαν να διατηρήσουν τη δραστηριότητα της κινάσης PI3 και, ως αποτέλεσμα, δεν μπορούσαν να καταπολεμήσουν αποτελεσματικά τις λοιμώξεις. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι το εν λόγω μεταβολικό ένζυμο ελέγχει τη δραστηριότητα μεταγωγής σήματος του κυττάρου.
Όσον αφορά το γιατί τα ενεργοποιημένα ανοσοκύτταρα ευνοούν αυτόν τον μεταβολισμό, οι ερευνητές υποστήριξαν ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στην ανάγκη των κυττάρων για ταχεία παραγωγή ΑΤΡ για υποστήριξη του κυτταρικού διαχωρισμού και του μηχανισμού καταπολέμησης των λοιμώξεων.
ΟΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ ΣΤΑ ΑΝΟΣΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Αν και η ομάδα ανακάλυψε τα ανοσοκύτταρα, αυτά τα κύτταρα έχουν σαφείς παραλληλισμούς με τον καρκίνο.
«Η κινάση PI3 είναι μια πολύ, πολύ σημαντική κινάση στο πλαίσιο του καρκίνου. “Το σήμα ανάπτυξης που αποστέλλεται στα καρκινικά κύτταρα για διαίρεση και είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά μονοπάτια μεταγωγής σήματος στον καρκίνο.”
Όπως τα ανοσοκύτταρα, τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να ενεργοποιήσουν τον μεταβολισμό του Warburg για να διατηρήσουν την αποτελεσματικότητα αυτής της οδού μεταγωγής σήματος και έτσι να διασφαλίσουν τη συνεχή ανάπτυξη και αναπαραγωγή.
Αυτά τα αποτελέσματα αυξάνουν την ενδιαφέρουσα πιθανότητα οι γιατροί να ελέγχουν την ανάπτυξη του καρκίνου, μπλοκάροντας το «κλειδί» της δραστηριότητας του Warburg LDHA.