Một nghiên cứu mới cho thấy rằng việc ngăn chặn quá trình chuyển canxi đến ti thể (màu đỏ), trung tâm sản xuất năng lượng của tế bào, có thể tiêu diệt tế bào ung thư một cách có chọn lọc.
Một nghiên cứu mới cho thấy rằng việc ngăn chặn quá trình chuyển ion canxi (Ca2+) vào ty thể là chất độc đối với tế bào ung thư và làm suy yếu sự phát triển của khối u ở chuột, đồng thời loại bỏ các tế bào bình thường.
Tất cả các tế bào đều sử dụng các ion canxi làm chất truyền tín hiệu để điều chỉnh quá trình trao đổi chất và các chức năng khác của tế bào. Nghiên cứu cho thấy việc ngăn chặn dòng canxi vào ty thể, vốn là nơi sản xuất chính các phân tử ATP giàu năng lượng trong tế bào, đã tạo ra một “cuộc khủng hoảng” năng lượng mà từ đó các tế bào bình thường có thể phục hồi nhưng tế bào ung thư thì không.
Các phát hiện mới “[gợi ý] rằng việc nghiện canxi của ty thể là một đặc điểm mới của tế bào ung thư có thể được khai thác để phát triển các liệu pháp điều trị ung thư mới, nhắm mục tiêu,” tác giả nghiên cứu cao cấp J. Kevin Foskett, Ph.D., thuộc Đại học Pennsylvania cho biết trong một thông cáo báo chí.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Cell Reports vào ngày 3 tháng 3.
Một cuộc khủng hoảng năng lượng tế bào
Ty thể là các ngăn (bào quan) bên trong tế bào phân hủy chất dinh dưỡng để tạo ra năng lượng dưới dạng ATP, mà tế bào sử dụng để cung cấp năng lượng cho các phản ứng sinh hóa. Công trình trước đây của phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Foskett đã chỉ ra rằng các ion canxi liên tục được chuyển đến ty thể từ một ngăn tế bào khác, mạng lưới nội chất, hay ER. Sự vận chuyển canxi liên tục này giữa ER và ty thể giúp duy trì quá trình sản xuất ATP thông qua một quá trình trao đổi chất được gọi là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.
Các protein thụ thể chuyên biệt—được gọi tắt là InsP 3 Rs—viết tắt là các kênh hình thành các kênh trải dài qua màng ER và cho phép canxi chảy ra ngoài theo kiểu có kiểm soát. Các ion canxi được giải phóng từ ER sau đó di chuyển vào ty thể liền kề.
Làm việc với các dòng tế bào, nhóm nghiên cứu do César Cárdenas, Tiến sĩ, Đại học Chile đồng dẫn đầu, đã sử dụng một hợp chất được tìm thấy trong bọt biển, được gọi là XeB, có tác dụng ức chế InsP 3 Rs, cản trở dòng canxi từ ER đến ty thể. Họ đã kiểm tra tác động của XeB trong các dòng tế bào ung thư ở người có nguồn gốc từ ung thư vú và ung thư tuyến tiền liệt, trong các tế bào nguyên bào sợi của con người đã được chuyển thành tế bào ung thư và trong các tế bào bình thường có thể so sánh được.
Khi dòng canxi vào ty thể bị chặn bởi XeB, cả tế bào ung thư và tế bào bình thường đều trải qua một “cuộc khủng hoảng năng lượng sinh học” được đánh dấu bằng việc giảm sản xuất ATP và các dấu hiệu khác của quá trình chuyển hóa tế bào chậm lại. Xác nhận công việc trước đây của phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Foskett, các tế bào bình thường sống sót sau cuộc khủng hoảng năng lượng này bằng cách kích hoạt một cơ chế được gọi là autophagy. Trong autophagy, hoặc “tự ăn”, các tế bào tái chế các thành phần của tế bào để duy trì mức năng lượng trong điều kiện đói hoặc căng thẳng. Tế bào ung thư cũng kích hoạt quá trình tự thực khi dòng canxi bị chặn, nhưng phản ứng tự ăn không đủ để giữ cho tế bào ung thư không chết.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy rằng việc ngăn chặn quá trình chuyển canxi khiến các tế bào bình thường ngừng phân chia, đây là phản ứng được mong đợi khi năng lượng bị thiếu hụt. Ngược lại, các tế bào ung thư được điều trị theo cách tương tự vẫn tiếp tục phân chia, nhưng sau đó trải qua quá trình chết tế bào trong giai đoạn cuối của quá trình phân chia tế bào.
Sử dụng mô hình chuột bị u ác tính, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc ngăn chặn hoạt động của InsP 3 R thông qua một lần tiêm XeB đã làm giảm gần 60% kích thước khối u trong một ngày so với các khối u không được điều trị. Trong một nhóm thí nghiệm khác trên chuột, việc điều trị bằng XeB cách ngày trong một tuần đã làm giảm khoảng 70% kích thước khối u ác tính so với các khối u không được điều trị ở cùng một con vật.
Một mục tiêu trị liệu bất ngờ
Tiến sĩ Foskett cho biết: “Các nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự tồn tại của các mục tiêu mới hoàn toàn bất ngờ mà các loại thuốc có thể được phát triển để tiêu diệt tế bào ung thư một cách cụ thể bằng cách nhắm mục tiêu giải phóng canxi từ ER và sự hấp thu canxi của ty thể.
Tiến sĩ Gregory Monteith của Đại học Queensland, Úc, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết: “Công trình này và công việc trước đây của các nhóm khác cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng tín hiệu canxi bị thay đổi trong các tế bào ung thư.
“Trong trường hợp cụ thể của việc chuyển canxi từ ER sang ty thể, giờ đây chúng ta cần hiểu rõ hơn về loại protein nào trong con đường này có thể được nhắm mục tiêu về mặt dược lý và đảm bảo rằng, khi được điều biến, điều này sẽ không có tác dụng đáng kể trong các loại tế bào khác điều đó có thể dẫn đến các tác dụng phụ nghiêm trọng,” Tiến sĩ Monteith nói.
Tiến sĩ Foskett và các đồng nghiệp của ông đang nghiên cứu để tạo ra các thử nghiệm thông lượng cao dựa trên dòng tế bào (thử nghiệm trong phòng thí nghiệm) để sàng lọc các loại thuốc tiềm năng có thể đạt được một hoặc nhiều mục tiêu mới này. “Chúng tôi cũng có kế hoạch hợp tác với các nhà sinh học ung thư để phát triển một số mô hình động vật tốt hơn để kiểm tra giả thuyết của chúng tôi [và] chuyển nó sang các loại ung thư khác nhau, để xem liệu những gì chúng tôi đã thấy trong các dòng tế bào và trong một loại khối u… lên trong các mô hình mạnh mẽ hơn.
Michael Espey, Tiến sĩ, thuộc Chi nhánh Sinh học Tế bào Ung thư thuộc Khoa Sinh học Ung thư của NCI cho biết: “Hiểu cách thức các mô hình giao tiếp giữa các cơ quan được duy trì hoặc thay đổi trong các tế bào ung thư là một lĩnh vực mới nổi trong lĩnh vực sinh học ung thư. “Phát hiện rằng các tế bào ung thư trở nên phụ thuộc quá mức vào dòng ion canxi từ ER đến ty thể mở ra những con đường mới để thiết kế các phương pháp điều trị khai thác lỗ hổng này.”
