Diéta és a rák anyagcseréje - A rákterápiában feltárható sebezhető tengely

Olvasási idő: 5 perc

Diana Moreira

Az új és továbbfejlesztett daganatellenes terápiák szükségessége arra késztette a kutatási területet, hogy különböző stratégiákat hajtsanak végre a daganatok fejlődésének csökkentésére, és ideális esetben abbahagyják. Az utóbbi években egyre növekvő számú publikációval a rák anyagcseréje terén különböző daganatos sebezhetőségeket tárnak fel, ami növeli az új terápiás célpontok megtalálásának valószínűségét.

Ez a cikk részletesebben foglalkozik azzal, hogy miként lehet a rák anyagcseréjének modulációja potenciális daganatellenes terápia. Először fontos néhány kulcsfontosságú fogalommal foglalkozni annak megértése érdekében, hogy az anyagcsere hogyan befolyásolhatja a tumor növekedését és fejlődését.

A tumorsejtek megindulása és fejlődése több mutáció megszerzéséből származik az idő múlásával, egy komplex evolúciós folyamat során. Ezek a mutált sejtek hajlamosabbak a sejtvédelmi mechanizmusok legyőzésére és korlátlan replikációs potenciál megszerzésére. Az egyik fő kérdés, amely a terület kutatói körében felmerült, az hogyan képesek ezek a sejtek fenntartani magas proliferációs sebességüket. Ennek megválaszolására néhány kutató elkezdte feltárni a sejtek anyagcseréjének szerepét, mint a rák terjedésének lehetséges mozgatórugóját.

Mi az anyagcsere és miért fontos? Az anyagcsere lényegében az élelmiszer/tápanyagok lebontása annak érdekében, hogy energiát és egyéb kémiai vegyületeket nyerjen, amelyek szükségesek a sejtek funkcionalitásának fenntartásához. Különböző anyagcsere útvonalak nagy és összetett hálózata koordinálja ezt a folyamatot sejt/szövet szinten, ahol több enzim és más molekula tölti be a vezető szerepet. Egyszerű analógia alapján az élelmiszer/tápanyagok üzemanyagokként szolgálnak, amelyek sejteket/szöveteket táplálnak különböző motorokkal, ami hozzájárul az általános egészséges állapothoz.

A tumorsejtek kihasználják ezt a finomhangolt rendszert, hogy fenntartsák magas proliferációs állapotukat, növelve és megváltoztatva ezen utak és molekulák némelyikének aktivitását a tápanyagigényük miatt. Ezek a sejtek metabolikus programot fogadnak el az úgynevezett folyamatban anyagcsere átprogramozása. Ez a folyamat nagymértékben építőkockák, nukleotidok, lipidek és fehérjék kialakulásán alapul, amelyek nélkülözhetetlenek a sejtek erősen osztódásához. Tüzelőanyagok, mint szőlőcukor és aminosavak táplálja ezeket a főbb metabolikus utakat, ami vonzó célpontokká teszi őket a daganat anyagcseréjének szabályozásában, és ennek következtében a daganat növekedésében.

Hogyan alakul ki és modulálódik először az anyagcsere-újraprogramozás az idő múlásával?

A rák anyagcseréjének újraprogramozása attól függ genetikai és környezeti jelzések. A mutációk idővel történő megszerzése megváltoztathatja az anyagcsere útvonalainak számos összetevőjének genetikai programját, beleértve az enzimeket és a transzportereket, amelyek kritikus fontosságúak a tápanyagok sejtbe történő behozatalához. A genetikai tényezőkön kívül a daganatsejteket körülvevő és támogató szövet alakítja a sejt molekuláris összetételét tumor mikrokörnyezet, amely irányítja a tápanyagok elérhetősége a daganat helyén. A tápanyagok helyi sejtek különböző sejtek általi megszerzése metabolikus nyomást gyakorolhat a tumor mikrokörnyezetében, így a anyagcsere-közösség a daganat helyén. A metabolitok cseréje, amely a sejtszintű anyagcsere közbenső vagy végtermékét képezi, befolyásolhatja az anyagcsere útját és a közösség összes sejtjének általános működését.

A tápanyagok helyi hozzáférhetőségét a daganat helyén befolyásolhatja a metabolitok és tápanyagok teljes mennyisége, amelyek a szervezet véráramában keringenek. A metabolitok szisztémás szintje és sokféleségük tükrözi a szervezet étrendjének összetételét. Ez érdekes kapcsolat az étrend és a rák anyagcseréje között jelenleg a tumor anyagcseréjének megváltoztatásának lehetséges eszközeként vizsgálják az étrendi összetétel módosítása révén.

A rákos sejtek olyan mennyiségben szereznek metabolitokat, amelyek gyakran meghaladják az egészséges sejtek által megszerzett szinteket. Ez egyedi tápanyag bizonyos tápanyagok iránt megkülönbözteti az egészséges sejtet a mutált sejttől. Az ilyen anyagcsere-jellemzők képezik az utóbbi idők étrend-korlátozási stratégiáinak alapját. A vezető szerző, Bryan Ngo, a Weill Cornell Medicine munkatársa által készített tanulmányban diétás stratégiát hajtottak végre, a tápanyagok farmakológiai kimerülése. Ez a tanulmány szelektíven korlátozta a tápanyagok termelését szerin és származékos glicin egér agyáttétben. Ennek a két aminosavnak számos anyagcsere-folyamatban széles hatása van, például nukleotidok, lipidek és fehérjék képződésében, csak néhányat említve. A rákos sejtekben a szerin és a glicin esszenciális aminosavak. Ezek a sejtek nagymértékben függenek ezen tápanyagok környezetből történő behozatalától, hogy fenntartsák erősen szaporodó állapotukat. Egyes ráktípusokban, ahol a csökkent szerin és glicin szint a helyi környezet szabja meg; a daganatos sejteknek meg kell szerint állíthat elő szerinszintézis útnak nevezett eljárással a daganat növekedésének támogatására.

Ngo és munkatársai nemrégiben megjelent munkájában a szerzők korlátozó környezetet találtak az egér agyi áttéteknél lokálisan képződött szerin/glicin számára. Ez az anyagcsere-tulajdonság kiteszi a szerinszintézis útja mint fontos rák sebezhetősége amelyet potenciálisan tumorellenes célként lehetne felfedezni.

A 3-foszfoglicerátból származó szerin szintézisét, a glükóz lebontási útjának (glikolízis) egyik lépését az enzim erősen ellenőrzi 3-foszfoglicerát-dehidrogenáz (PHGDH). Ez az enzimatikus reakció központi szerepet játszik a szerinszintézis támogatásában. Ugyanebben a tanulmányban a farmakológiai gátlás a enzim PHGDH csökkent agyi áttét és javította az egerek túlélését anélkül, hogy befolyásolná az extracranialis tumor növekedését. Ez az eredmény rávilágít az agyi áttétek függőségére a szerinszintézis útjától. Egy ilyen farmakológiai stratégiának potenciálisan terápiás alkalmazása lehet, mivel a szerzők a PHGDH enzimet az agy metasztázisának fő mozgató tényezőként határozták meg a különböző emberi ráktípusokban.

Összességében az ebben a tanulmányban ismertetett tápanyagok helyi korlátozása indukálja a sejtek metabolikus átprogramozása hogy szelektíven az agyi metasztázisokat vonzóbb célpontokká alakítja szerinszintézis gátlására. Ez a jelentés kiemeli a rák fő hatását anyagcsere-táj (pl. agyi áttét) a lehetséges étrendi beavatkozások kimeneteléhez.

Megbeszélt művek

Bryan Ngo, Eugenie Kim, Victoria Osorio-Vasquez, Sophia Doll, Sophia Bustraan és mtsai. „Korlátozott környezeti szerin- és glicinkoncentráció az agyi áttétek érzékenységére a PHGDH gátlására”. Cancer Discovery (2020). 10.1101/2020.03.03.974980

Christian Frezza. "Anyagcsere és rák: a jövő most van." British Journal of Cancer (2020). 10.1038/s41416-019-0667-3

Naama Kanarek, Boryana Petrova és David M. Sabatini. "Étrendi módosítások a fokozott rákterápia érdekében." Természet (2020). 10.1038/s41586-020-2124-0

Shree Bose, Annamarie E. Allen és Jason W. Locasale. „A molekuláris kapcsolat az étrendtől a ráksejtek anyagcseréjéig.” Molecular Cell (2020) 10.1016/j.molcel.2020.05.018

Szerkesztette: Kayla Snare