Раскрыт секрет роста раковых опухолей

Большинство клеток в человеческом теле сжигают сахар, чтобы обеспечивать свою жизнедеятельность. Но когда клетки становятся злокачественными, они используют альтернативную расточительную стратегию сжигания топлива, что, возможно, позволяет им производить избыточные ресурсы, которые идут на строительство новых раковых клеток. Биологи из Массачусетского технологического института считают, что именно это провоцирует аномальный рост опухолей. Они обнаружили ранее неизвестную особенность метаболизма раковых клеток, которая ускоряет биохимические процессы и обеспечивает дополнительный строительный материал для новых клеток. Это открытие может помочь в разработке препаратов, которые блокируют метаболизм рака и прекращают рост опухоли. Испытание нескольких таких препаратов на мышах уже началось.

Американские исследователи сосредоточили внимание на процессе гликолиза. Это универсальный процесс обмена веществ в цитоплазме, который присутствует практически во всех организмах и клетках. В его ходе молекула глюкозы деградирует до двух молекул пирувата, а также образуются две молекулы основного "топлива" организма - АТФ. Пируват может превращаться обратно в глюкозу, жирные кислоты, энергию, аминокислоту аланин или в этанол. Это своеобразный "обменный ресурс", который позволяет восполнять потребность в каком-либо веществе без необходимости транспортировки конкретных молекул – достаточно передачи пирувата.

Гликолиз традиционно считается линейным девятистадийным процессом, стандартным для всех типов клеток и живых существ. Однако ученые обнаружили, что быстро делящиеся клетки эмбриона и раковые клетки пользуются особой вариацией гликолиза.

Ученые уже знали, что раковые клетки заменяют один ключевых ферментов метаболизма, известный как пируваткиназа, другим. Обе версии фермента (PKM1 и PKM2) катализируют последний шаг гликолиза и преобразуют компонент под названием фосфоенолпируват (PEP) в конечный продукт - пируват.

В новом исследовании ученые обнаружили, что PEP участвует в ранее неизвестной обратной связи, которая обходит заключительный этап гликолиза. В раковых клетках PKM2 не очень активен, в результате чего происходит накопление PEP. Это активирует фермент, названный PGAM, который катализирует более ранние этапы гликолиза. Так образуется обратная связь: PGAM получает дополнительный импульс и производит еще больше PEP, а PEP опять активирует PGAM. В результате раковая клетка получает все больше ресурсов для размножения.

Наиболее важным результатом этого цикла является то, что образуется большое количество другого важного химического вещества - 3-фосфоглицерата. Этот ключевой промежуточный продукт в биосинтезе отвечает за производство ДНК, которая может стать частью новых раковых клеток. В будущих исследованиях ученые планирует подробнее изучить и этот аспект.

Адъюнкт-профессор биологии рака Джеффри Ратмелл (Jeffrey Rathmell) из Медицинского центра Университета Дьюка считает, что открытие этого "обходного" пути объясняет кажущийся парадокс сверхактивного метаболизма раковых клеток при низкой активности фермента PKM2. "Меня поражает тот факт, что гликолиз известен и изучался в течение десятилетий, и при этом мы вдруг находим неожиданный вариант течения этого процесса", - удивляется Джеффри Ратмелл.

Открытие может помочь в создании эффективнейших методов лечения рака. Если PKM2 сделать высокоактивным, то метаболизм раковых клеток изменится и они не смогут взрывоподобно размножаться. При этом такое лечение в большинстве случаев будет безопасным, поскольку все остальные клетки человека пользуются "нормальным" гликолизом.