Miks vähirakud nii palju energiat raiskavad? Vastus võib aidata leida uusi vähiravimeid
(1)
Teadusajakirjas Molecular Cell ilmunud uuringus näitasid Massachusettsi tehnikainstituudi MIT bioloogid, et too alternatiivne rada, mida nimetatakse fermentatsiooniks (ingl fermentation), aitab rakkudel suurtes kogustes taastoota molekuli tähistusega NAD+, mida nad vajavad DNA ja muude oluliste molekulide sünteesimiseks.
Uuringu tulemused selgitavad lisaks seda, miks lülituvad fermentatsioonile ümber ka muud kiiresti paljunevad rakud, näiteks immuunrakud.
Fermentatsioon on rakkude jaoks üks võimalus teisendada suhkrus leiduvat energiat adenosiintrifosfaadiks ehk ATP-ks — kemikaaliks, mille abil rakud talletavad kõigi oma vajaduste katmiseks vajalikku energiat.
Imetajate rakud kasutavad suhkru lagundamiseks aga enamasti protsessi, mida nimetatakse aeroobseks respiratsiooniks ja mis toodab palju rohkem ATP-d. Fermentatsioonirežiimile lülituvad rakud reeglina vaid juhul, kui neil pole aeroobse respiratsiooni läbiviimiseks piisavalt hapnikku.
Hüpoteese selle kohta, miks vähirakud nii toimivad, on püstitatud palju. Warburg oletas omal ajal, et vähirakkude mitokondrid, kus aeroobne respiratsioon aset leiab, võivad olla kahjustunud, kuid see ei osutunud tõeks.
MIT-i töörühm otsustas uurida, mis juhtub siis, kui vähirakkude fermentatsioonisuutlikkust pärssida. Nad töötlesid rakke ravimiga, mis sunnib neid suunama püruvaadi-nimelist (ingl pyruvate) molekuli fermentatsioonirajalt aeroobse respiratsiooni ainevahetusrajale.
Uurijad täheldasid sama, mida katsete käigus oli varemgi näidatud — et fermentatsiooni blokeerimine aeglustab vähirakkude kasvamist. Kui rakkudesse viidi seejärel kemikaali, mis stimuleerib NAD+-i tootmist, hakkasid rakud taas kiiresti vohama, ehkki neil polnud võimalik läbi viia fermentatsiooni.
See viis teadlased mõttele, et kui rakud kasvavad kiiresti, on neil oksüdeeritud dinukleotiidi NAD+ tarvis rohkem kui ATP-d. Seega aitab lülitumine vähem tõhusale ATP tootmise meetodile, mis võimaldab rakkudel toota rohkem NAD+-i, neil tegelikult kiiremini vohada.
Töörühm viis samad katsed läbi muud tüüpi kiiresti vohavate rakkude, sh immuunrakkude peal ja leidis, et fermentatsiooni blokeerimisega koos alternatiivsete NAD+-i tootmise meetodite lubamine võimaldas rakkudel kiiret jagunemist jätkata.
Samuti täheldasid uurijad samu protsesse mitte-imetajate rakkudes, nt pärmis, mis tegeleb teist tüüpi fermentatsiooniga (kääritusprotsessiga, mille tulemuseks on etanool).
"Mitte kõik vohavad rakud ei pea seda tegema. Tegelikult kehtib see ainult taoliste rakkude kohta, mis kasvavad äärmiselt kiiresti," märkis MIT-i uuringu vanemautor Vander Heiden. "Kui rakud kasvavad nii kiiresti, et nende ressursinõudlus ületab ATP põletamisel saadava energia hulga, lülituvadki nad ümber seda tüüpi ainevahetusrežiimile."
Avastus annab mõista, et ravimid, mis sunnivad vähirakke lülituma fermentatsiooni asemel tagasi aeroobsele respiratsioonile, võivad osutuda tõhusateks kasvajate ravis. Samuti võib onkoloogia valdkonnas olla kasu ravimitest, mis pärsivad NAD+-i tootmist.
