Как и любые клетки в организме, раковые клетки нуждаются в сахаре, а именно в глюкозе, для пролиферации и роста топливных элементов. Раковые клетки, в частности, метаболизируют глюкозу с гораздо большей скоростью, чем нормальные клетки. Однако исследователи из отдела химического машиностроения и материаловедения Морк Семейного университета Калифорнийского университета в Витерби обнаружили слабое место в распространенном типе раковых клеток: негибкость сахара. То есть, когда раковые клетки подвергаются воздействию другого типа сахара – галактозы – клетки не могут адаптироваться и умирают.
Открытие, которое может иметь важные последствия для новых метаболических методов лечения рака, было сделано под руководством Дунцин Чжэн, доктора философии.D. студент в лаборатории Николаса Грэма, доцента кафедры химического машиностроения и материаловедения. Исследование было недавно опубликовано в Journal of Cell Science.
В статье описывается, как онкогены, гены, вызывающие рак, также могут приводить к тому, что раковые клетки становятся негибкими к изменениям в их снабжении сахаром. Обычно клетки растут за счет метаболизма глюкозы, но большинство нормальных клеток также могут расти за счет галактозы. Однако команда обнаружила, что клетки, обладающие общим вызывающим рак геном под названием AKT, не могут перерабатывать галактозу, и поэтому они умирают при воздействии этого типа сахара.
Чжэн сказал, что галактоза очень структурно похожа на глюкозу, которая помогает раковым клеткам процветать, но имеет некоторые отличия. Грэм сказал, что воздействие галактозы на клетки заставляет их выполнять больший окислительный метаболизм, при котором кислород используется для преобразования сахаров в энергию, в отличие от гликолитического метаболизма, при котором энергия получается из глюкозы. Нормальные клетки могут метаболизировать как глюкозу, так и галактозу, но раковые клетки с активированным сигнальным путем AKT, обычно обнаруживаемым в клетках рака груди, не могут.
"Мы не видели исследований, посвященных изучению галактозы в контексте рака, чтобы выяснить, могут ли определенные мутации вызывать рак, заставлять клетки лучше или хуже справляться с переключением между гликолитическим и окислительным метаболизмом," Грэм сказал.
Чжэн сказал, что это открытие не означает, что галактоза сама по себе будет эффективным средством лечения раковых клеток типа AKT, но что оно обнаружило фундаментальный недостаток в этих клетках, в результате которого окислительное состояние приводит к гибели клеток.
"Что мы пытаемся сделать, так это использовать системный подход, чтобы понять это, чтобы мы могли использовать какой-то тип целевого лекарства или генную терапию, которая может вызвать аналогичный эффект и заставить клетку перейти в это окислительное состояние," Чжэн сказал.
"Галактоза – это модельная система, которую мы используем для выявления уязвимостей в клетках, которые затем приведут к разработке лекарств в будущем," Грэм сказал. "Наша лаборатория сосредоточится на попытках использовать наркотики специально для этого."
Выводы команды также показали, что, хотя окислительный процесс, вызванный галактозой, действительно приводил к гибели клеток в раковых клетках AKT-типа, когда клеткам была дана другая генетическая мутация, MYC, галактоза не убивала клетки.
"Итак, если у вас есть лекарство, которое может ингибировать гликолиз, вы бы дали его пациенту с мутацией AKT," Грэм сказал. "Но вы бы не дали его пациенту, у которого была мутация MYC, потому что это не будет работать теоретически для этих клеток MYC."
Исследователи также обнаружили, что примерно через 15 дней пребывания в галактозе некоторые раковые клетки начали повторяться.
"Возможно, есть небольшая часть населения, которая устойчива к галактозе," Чжэн сказал. "Другая возможность заключается в том, что некоторые раковые клетки очень устойчивы и адаптируются и перепрограммируются после двух недель лечения галактозой."
Подход системной биологии к лечению рака отличается от традиционных методов лечения, таких как химиотерапия и лучевая терапия, тем, что он нацелен на метаболические процессы в раковых клетках. Он направлен на выявление лекарств без множества побочных эффектов традиционной химиотерапии, которые также убивают здоровые клетки, что приводит к побочным эффектам, таким как выпадение волос. Однако некоторое возрождение является обычным явлением при многих целевых метаболических методах лечения рака, которые демонстрируют сильные начальные результаты до частичного рецидива клеток. Грэм сказал, что опухоли AKT потенциально могут быть нацелены с использованием подобного метаболического лечения, чтобы первоначально уменьшить опухоль, но что лечение должно сопровождаться другим лечением в виде коктейля лекарств, чтобы предотвратить рецидив и защитить от мутации раковых клеток и адаптация.
Чжэн и Грэм сказали, что последнее исследование было бы невозможным без работы студентов бакалавриата Джонатана Сассмана (биомедицинская инженерия) и Мэтью Джеона (химическая инженерия и материаловедение), которые помогали с задачами подсчета клеток и протеомикой – изучением задействованных белков. в метаболизме раковых клеток.
Грэм сказал, что в будущем самая большая задача команды – выяснить, какие типы комбинированного лечения следует применять для тестирования на раковых клетках с геном AKT, чтобы привести к более эффективным методам лечения.