Химики МГУ с коллегами разработали молекулярный инструмент, позволяющий усилить работу митохондрий — клеточных структур, участвующих в выработке энергии. В экспериментах активация митохондриального обмена веществ замедляла размножение раковых клеток и рост опухолей меланомы у мышей. Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
Глюкоза превращается в нашем организме в углекислый газ не в один, а в несколько этапов. На первом она расщепляется до пирувата, который затем поступает в митохондрии, где и окисляется до углекислого газа с участием кислорода. Однако во многих опухолевых клетках даже при достаточном количестве кислорода преобладает только первый этап – расщепление глюкозы. А так как пируват попадает в митохондрии плохо, то и окисление его снижено. Это явление называют эффектом Варбурга. Поэтому учёные решили выяснить, как принудительное усиление работы митохондрий повлияет на опухолевые клетки.
Чтобы исследовать этот вопрос, авторы создали молекулярный инструмент Grubraw, название которого представляет собой слово Warburg («Варбург»), прочитанное наоборот. Он позволяет получать пируват непосредственно внутри митохондрий. Такой способ помогает обойти ограничения, препятствующие поступлению пирувата в митохондрии, и усиливает процессы окислительного метаболизма.
В экспериментах на раковых клетках активация Grubraw усиливала митохондриальное дыхание и в большинстве исследованных клеточных моделей снижала скорость размножения.
Учёные проверили действие инструмента на мышах с опухолями, сформированными из клеток меланомы человека. При активации Grubraw рост опухолей замедлялся.
Анализ также показал, что усиление работы митохондрий сопровождалось изменениями активности генов, связанных с клеточным циклом, делением клеток и репликацией ДНК. При этом опухолевые клетки частично компенсировали усиление митохондриального обмена, выводя избыток образовавшегося пирувата за пределы клетки.
ЯМР-метаболомный анализ в работе выполнила Софья Марьясина, старший научный сотрудник химического факультета МГУ: «Изменения метаболизма позволяют увидеть, как вмешательство в работу митохондрий отражается на обмене веществ в клетке. В этой работе ЯМР-метаболомный анализ дополнил другие методы исследования и помог охарактеризовать метаболические изменения, сопровождающие активацию митохондрий в опухолевых клетках».
Работа показывает, что метаболические особенности опухолевых клеток могут быть не только следствием их быстрого роста, но и одним из факторов, регулирующих размножение. Полученные результаты расширяют представления о роли митохондрий в развитии опухолей и могут помочь в поиске новых подходов к воздействию на опухолевый метаболизм. Но для оценки возможности применения такого подхода в лечении рака потребуются дальнейшие исследования.
В исследовании участвовали учёные из Федерального медико-биологического агентства (ФМБА России), РНИМУ имени Н.И. Пирогова, Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и других научных организаций.