100-ročná záhada rakoviny rozlúštená! Vedci odhalili presný mechanizmus delenia buniek

Rakovinové bunky nevyužívajú cukor ako palivo tak, ako to robia ostatné bunky v tele. S týmto zistením prišiel prvýkrát v roku 1921 laureát Nobelovej ceny Otto Warburg, podľa ktorého sa nádorové bunky adaptovali na proces, ktorý pri bunkách kvasníc nazývame „fermentácia“, teda kvasenie.

Tento špeciálny typ kvasenia, známy aj ako Warburgov efekt, je rýchly, a v prostredí, kde nie je dostatok kyslíka, pomocou neho vzniká adenozíntrifosfát (ATP), ktorý bunkám slúži na dodanie energie. Tento spôsob preberania energie z molekúl cukru nie je práve najefektívnejší, a tak sa vedci roky trápili s otázkou, prečo k nemu dochádza.

Niektoré hypotézy tvrdili, že v rakovinových bunkách sa nachádzajú chybné mitochondrie, ktoré bežne slúžia na efektívnu premenu cukru na energiu. Toto tvrdenie ale neuspelo v skúške času, pretože dnes už vieme, že mitochondrie v bunkách nádoru fungujú presne tak, ako v iných, zdravých bunkách.

Nekontrolovateľné delenie vďaka enzýmu

Presne po 100 rokoch od Warburgovho objavu uzrela svetlo sveta štúdia Inštitútu Sloan Kettering, ktorá prebehla pod taktovkou doktora Minga Liho. Bunkový metabolizmus podľa nej závisí od enzýmu fosfatidylinositol 3-kinázy (PI3K), ktorý sa podieľa na množstve bunkových aktivít, ako je delenie, množenie, rast a prežitie.

„PI3 kináza je kľúčová signalizačná molekula, ktorá sa správa takmer ako šéfka bunkového metabolizmu,“ uviedol vo vyhlásení doktor Li. „K väčšine energeticky náročných procesov v bunke môže dôjsť len za podmienky, že PI3 kináza dá signál k ich začatiu.“

Predošlé výskumy zistili, že hladina PI3K v poškodených bunkách rastie, keď prechádzajú na Warburgov efekt. Tento proces spúšťa sériu ďalších udalostí, ktoré nakoniec vedú k nekontrolovateľnému deleniu buniek, teda rakovine.

„PI3 kináza je veľmi, veľmi podstatná kináza pre existenciu rakoviny,“ tvrdí Li. „Ona vysiela rakovinovým bunkám signál, aby sa delili, a je tiež jedným z najaktívnejších mechanizmov podporujúcich vznik rakoviny.“

Čo má spoločné imunita s rakovinou?

Podobne, ako rakovina, sa v tele správajú aj jej nepriateľské bunky – imunitné. Práve tie pomohli k novému zisteniu.

Pri reakcii na blízku infekciu niektoré druhy T-lymfocytov takisto dokážu aktivovať Warburgov efekt a produkovať ATP, aby tým podporili svoju životaschopnosť a urýchlili delenie.

Prechod z kyslíka na fermentáciu je podľa štúdie kontrolovaný enzýmom laktátdehydrogenáza A (LDHA), ktorej množstvo zas reguluje prítomná PI3K. Pokusné myši, ktorých bunky neobsahovali LDHA, si nedokázali udržať zdravú hladinu PI3K v T-lymfocytoch, takže ich organizmus nezvládal boj proti infekciám. Kvôli tomu v praxi prevládal názor, že LDHA reguluje signalizačnú molekulu bunkovej PI3K.

„Signalizácia rastového faktoru poháňa metabolizmus, a metabolizmus podporuje rast buniek a ich životnosť. Preto nás tak zaujalo zistenie, že na PI3K vplýva metabolický enzým, ako je LDHA,“ vysvetlil Li.

Tak, ako väčšina enzýmov, aj PI3K využíva ATP na zabezpečenie chodu všetkých funkcií, ako je bunkové delenie. Keďže Warburgov efekt vedie k tvorbe ATP, medzi dvoma molekulami vzniká puto. Tým sa zvyšuje množstvo PI3K v bunkách, a tie sa tak začínajú rapídne deliť.

Toto zistenie protirečí všetkým učebnicovým poučkám, ktoré dodnes hlásali, že metabolizmus rakovinových buniek riadia bunkové signály. Ako bolo dokázané na imunitných bunkách, metabolické enzýmy za použitia Warburgovho efektu ovplyvňujú signalizačné molekuly, ktoré tým spúšťajú delenie a rast buniek. Z tohto dôvodu je fermentácia neoddeliteľnou súčasťou procesu tvorby rakovinových buniek.

Štúdia by sa v budúcnosti mohla premietnuť do praxe v podobe liečby rakoviny, ktorá by sa nezameriavala na odstraňovanie PI3 kinázy, ale namiesto toho by si brala na mušku laktátdehydrogenázu A.