Phóng to

Một nghiên cứu mới cho thấy ty thể trong tế bào ung thư có thể sử dụng lactate để cung cấp nhiên liệu cho các phản ứng sinh hóa và tạo ra các hợp chất cần thiết cho sự phát triển của tế bào.

Tín dụng: Phòng thí nghiệm Patti, Đại học Washington

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cách khác mà các tế bào ung thư có thể tạo ra năng lượng mà chúng cần để tồn tại và phát triển.

Sử dụng các công nghệ chuyển hóa mới, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các tế bào ung thư có thể sử dụng hợp chất lactate để cung cấp nhiên liệu cho các phản ứng sinh hóa và tạo ra các hợp chất khác cần thiết cho sự phát triển của tế bào, chẳng hạn như lipid để xây dựng màng tế bào mới. Trao đổi chất là khoa học đo lường các phân tử nhỏ, chẳng hạn như glucose, axit amin và cholesterol, trong một mẫu sinh học.

Phát hiện này thật bất ngờ vì lactate, một dạng glucose được tiêu hóa một phần, được cho là do các tế bào tiết ra dưới dạng chất thải.

Gary J. Patti, Tiến sĩ, Đại học Washington ở St. Louis, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng—tại một số thời điểm trong một số tế bào ung thư—lactate có thể được sử dụng hiệu quả để tạo ra các chất dinh dưỡng khác mà tế bào cần.” nghiên cứu.

Bằng cách theo dõi sự biến đổi hóa học của lactate trong tế bào ung thư, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, thay vì bị trục xuất khỏi tế bào, lactate được ti thể tiếp nhận, được coi là nhà máy năng lượng của tế bào. Tiến sĩ Patti cho biết: “Có thể việc sử dụng hiệu quả lactate đang diễn ra trong ty thể.

Kết quả nghiên cứu đã xuất hiện trên tạp chí Nature Chemical Biology vào ngày 12 tháng 9.

Sự khác biệt trong trao đổi chất

Khi các tế bào khỏe mạnh trở thành tế bào ung thư, quá trình trao đổi chất của chúng sẽ thay đổi. Các tế bào khỏe mạnh tạo ra năng lượng bằng cách tiếp nhận và chuyển hóa các phân tử glucose trong quá trình hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên xảy ra trong tế bào chất và không phụ thuộc vào oxy; lần thứ hai diễn ra trong ty thể và cần oxy.

Ti thể sản xuất hầu hết năng lượng mà tế bào cần để sống. Chỉ một phần nhỏ năng lượng của glucose có thể được chiết xuất mà không cần oxy (kỵ khí)—nghĩa là trong tế bào chất—trong khi phần lớn được chiết xuất trong ty thể.

Người ta cho rằng các tế bào ung thư phần lớn bỏ qua giai đoạn sản xuất năng lượng của ty thể. Việc quan sát thấy rằng các tế bào ung thư, vốn đang phát triển và phân chia nhanh chóng, sẽ chỉ dựa vào giai đoạn chuyển hóa glucose kém hiệu quả hơn từ lâu đã là một câu đố đối với các nhà nghiên cứu.

Tiến sĩ Patti cho biết: “Chúng tôi đã tự hỏi tại sao một tế bào ung thư lại lãng phí như vậy. Ông lưu ý rằng các tế bào ung thư đã được cho là bù đắp năng lượng đã mất bằng cách “tăng tốc” giai đoạn đầu và phân hủy glucose nhanh chóng, kết quả là tiết ra một lượng tương đối lớn lactate.

Lactate được tạo ra khi glucose được chuyển hóa nhanh chóng trong tế bào chất. Công trình mới cho thấy rằng lactate được tạo ra bởi quá trình chuyển hóa yếm khí tăng tốc có thể được chuyển hóa thêm sau khi vận chuyển vào ty thể thay vì được bài tiết, như xảy ra trong các tế bào không ung thư, Michael Espey, Ph.D., thuộc Khoa Sinh học Ung thư của NCI lưu ý. , người không tham gia vào nghiên cứu.

Tiến sĩ Espey cho biết thêm: “Những phát hiện mới cho thấy rằng “trong các tế bào ung thư, ty thể có thể sử dụng lactate theo cách khác với cách nó được sử dụng trong tế bào chất”.

Một phát hiện bất ngờ

Nhóm của Tiến sĩ Patti đã khám phá ra điều này khi đang thử nghiệm cách gắn thẻ các phân tử trong tế bào ung thư và sử dụng công nghệ được gọi là chất chuyển hóa không nhắm mục tiêu để theo dõi chuyển động của chúng. Đối với thử nghiệm, các nhà điều tra đã chọn lactate, giả định rằng nó sẽ không được phân phối rộng rãi trong các tế bào như các hợp chất khác.

Kết quả thật đáng ngạc nhiên – gần như mọi chất béo trong tế bào đều được đánh dấu là sản phẩm trao đổi chất của lactate. Đồng tác giả Amanda Ying-Jr Chen, Tiến sĩ, là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Patti, cho biết: “Chúng tôi đã thấy hàng nghìn tín hiệu được dán nhãn. “Thật bất ngờ và thú vị.”

Để xác nhận những phát hiện này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm bổ sung với từng ty thể trong tế bào ung thư. Những thí nghiệm này cho thấy rằng lactate có thể được vận chuyển vào ty thể và được sử dụng để tạo ra chất dinh dưỡng cho tế bào.

Kết quả đã đặt ra nhiều câu hỏi mới. Tiến sĩ Patti nói: “Chúng tôi vẫn cần tìm hiểu thời điểm và cách thức lactate xâm nhập vào ty thể.

Tiến sĩ Espey nói thêm, một câu hỏi rộng hơn là: Cơ chế nào chi phối cách các tế bào sử dụng tài nguyên của chúng để đáp ứng nhu cầu của chúng? Ông nói: “Chúng tôi vẫn chưa biết cách xác định việc phân bổ tài nguyên tổng thể cho từng tế bào.

Lactate và các khối u phổi

“Nghiên cứu này cung cấp một ví dụ về tính linh hoạt to lớn của các tế bào ung thư về cách chúng sử dụng nhiên liệu,” Ralph DeBerardinis, MD, Ph.D., người chỉ đạo Chương trình Bệnh Di truyền và Chuyển hóa tại Viện Nghiên cứu Trung tâm Y tế Trẻ em tại UT cho biết. Tây Nam và những người không tham gia vào nghiên cứu.

Ông và các đồng nghiệp đã công bố một nghiên cứu gần đây cho thấy lactate là nguồn năng lượng cho các khối u phổi ở người ở chuột. Tiến sĩ DeBerardinis cho biết: “Những phát hiện của chúng tôi phù hợp với nghiên cứu mới. “Nhưng nghiên cứu mới tiến xa hơn một chút so với nghiên cứu của chúng tôi bằng cách cung cấp một cơ chế mà các tế bào ung thư sử dụng lactate.”

Nghiên cứu mới cho thấy ty thể có thể chứa một trong những enzym liên quan đến quá trình chuyển hóa lactate, Tiến sĩ DeBerardinis tiếp tục. Trong nghiên cứu của mình về các khối u phổi, Tiến sĩ DeBerardinis đã giả định rằng lactate sẽ được chuyển hóa trong tế bào chất chứ không phải ty thể.

Ông nói thêm: “Nếu lactate là một chất thải, thì nó không nên có trong ty thể. “Nhưng nếu lactate được sử dụng làm nhiên liệu, như nghiên cứu mới cho thấy, thì có nghĩa là nó sẽ ở trong ty thể.”

Tiến sĩ DeBerardinis lưu ý: Nghiên cứu của Tiến sĩ Patti được tiến hành trong các tế bào nuôi cấy và điều quan trọng là phải xem liệu quá trình này có diễn ra trong các khối u trong cơ thể hay không. “Nghiên cứu của chúng tôi về các khối u phổi ở chuột cho thấy điều đó có thể xảy ra.”

Tiến sĩ Espey dự đoán, các nghiên cứu trong tương lai sẽ đề cập đến tính tổng quát của những phát hiện mới đối với các loại ung thư khác.

Ông nói thêm: “Những nghiên cứu này cũng có thể xác định mức độ chuyển hóa lactate của ty thể là một phần trong bộ công cụ của tế bào ung thư để chống lại những căng thẳng cho sự sống còn của chúng.