Τα καρκινικά κύτταρα ενεργοποιούν άμεσα την παραγωγή ενέργειας όταν το DNA συμπιέζεται και καταστρέφεται

Τα καρκινικά κύτταρα ενεργοποιούν άμεσα μια πλούσια σε ενέργεια απόκριση στη φυσική συμπίεση, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications. Αυτή η έκρηξη ενέργειας είναι η πρώτη τεκμηριωμένη εκδήλωση ενός προστατευτικού μηχανισμού που βοηθά τα κύτταρα να επιδιορθώνουν το κατεστραμμένο DNA και να επιβιώνουν στις συνθήκες περιορισμού του ανθρώπινου σώματος.

Αυτά τα ευρήματα βοηθούν στην εξήγηση του τρόπου με τον οποίο τα καρκινικά κύτταρα επιβιώνουν σε πολύπλοκα μηχανικά περιβάλλοντα, όπως η διέλευση από μικροπεριβάλλοντα όγκων, η διείσδυση σε πορώδη αιμοφόρα αγγεία ή η υπερνίκηση των κραδασμών στην κυκλοφορία του αίματος. Η ανακάλυψη του μηχανισμού θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες στρατηγικές για την «αγκυροβολία» των καρκινικών κυττάρων πριν εξαπλωθούν.

Ερευνητές στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης (CRG) στη Βαρκελώνη έκαναν την ανακάλυψη χρησιμοποιώντας ένα εξειδικευμένο μικροσκόπιο ικανό να συμπιέσει ζωντανά κύτταρα σε πλάτος μόλις τριών μικρών - περίπου τριάντα φορές μικρότερο από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας. Παρατήρησαν ότι μέσα σε δευτερόλεπτα από τη συμπίεσή τους, τα μιτοχόνδρια στα κύτταρα HeLa έσπευσαν στην επιφάνεια του πυρήνα και άρχισαν να αντλούν επιπλέον ATP, την μοριακή πηγή ενέργειας των κυττάρων.

«Αυτό μας αναγκάζει να επανεξετάσουμε τον ρόλο των μιτοχονδρίων στο ανθρώπινο σώμα. Δεν είναι απλώς στατικές μπαταρίες που τροφοδοτούν τα κύτταρα, αλλά μάλλον έξυπνοι «διασώστες» που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης όταν ένα κύτταρο κυριολεκτικά ωθείται στα όριά του», λέει η Δρ. Sarah Sdelchy, συν-συγγραφέας της μελέτης.

Τα μιτοχόνδρια σχημάτισαν μια τόσο πυκνή «λάμψη» γύρω από τον πυρήνα που ο πυρήνας συμπιέστηκε προς τα μέσα. Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε στο 84% των συμπιεσμένων καρκινικών κυττάρων HeLa, σε σύγκριση με σχεδόν μηδέν στα αιωρούμενα, μη συμπιεσμένα κύτταρα. Οι ερευνητές ονόμασαν αυτές τις δομές NAM, για τα μιτοχόνδρια που σχετίζονται με τον πυρήνα.

Για να ανακαλύψουν τι έκαναν τα NAM, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν αισθητήρα φθορισμού που ανάβει όταν το ATP εισέρχεται στον πυρήνα. Το σήμα αυξήθηκε κατά περίπου 60% μόλις τρία δευτερόλεπτα μετά την συμπίεση των κυττάρων.

«Αυτό είναι ένα σαφές σημάδι ότι τα κύτταρα προσαρμόζονται στο στρες και αναδιαμορφώνουν τον μεταβολισμό τους», εξηγεί ο Δρ. Fabio Pezzano, πρώτος συν-συγγραφέας της μελέτης.

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν γιατί αυτή η ενεργειακή ώθηση είναι σημαντική. Η μηχανική συμπίεση καταπονεί το DNA, σπάζοντας τις αλυσίδες και μπερδεύοντας το γονιδίωμα. Τα κύτταρα χρειάζονται συμπλέγματα επιδιόρθωσης που εξαρτώνται από το ATP για να αποδυναμώσουν τη δομή του DNA και να φτάσουν στη ζημιά. Τα συμπιεσμένα κύτταρα που έλαβαν επιπλέον ATP επισκεύασαν το DNA τους μέσα σε λίγες ώρες, ενώ τα κύτταρα χωρίς το επιπλέον ATP σταμάτησαν να διαιρούνται κανονικά.

Για να επιβεβαιώσουν τη σημασία αυτού του μηχανισμού στη νόσο, οι ερευνητές εξέτασαν επίσης βιοψίες όγκων μαστού από 17 ασθενείς. Παρατηρήθηκαν άλω NAM στο 5,4% των πυρήνων στο διηθητικό περιθώριο του όγκου, σε σύγκριση με 1,8% στον πυκνό πυρήνα - μια τριπλάσια διαφορά.

«Το γεγονός ότι βρήκαμε αυτή την υπογραφή στον ιστό του ασθενούς επιβεβαίωσε τη σημασία της εκτός εργαστηρίου», εξηγεί ο Δρ. Ritobrata (Rito) Ghose, ο πρώτος συν-συγγραφέας της μελέτης.

Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να μελετήσουν τους κυτταρικούς μηχανισμούς που επιτρέπουν την μιτοχονδριακή «πλημμύρα». Τα νημάτια ακτίνης - τα ίδια πρωτεϊνικά νήματα που επιτρέπουν στους μύες να συστέλλονται - σχηματίζουν έναν δακτύλιο γύρω από τον πυρήνα και το ενδοπλασματικό δίκτυο τραβάει την «παγίδα» που μοιάζει με πλέγμα. Αυτή η συνδυασμένη διάταξη, έδειξε η μελέτη, συγκρατεί φυσικά το NAM στη θέση του, σχηματίζοντας ένα «φωτοστέφανο». Όταν οι ερευνητές αντιμετώπισαν τα κύτταρα με λατρονκουλίνη Α, ένα φάρμακο που διαταράσσει την ακτίνη, ο σχηματισμός NAM εξαφανίστηκε και τα επίπεδα ATP έπεσαν κατακόρυφα.

Εάν τα μεταστατικά κύτταρα εξαρτώνται από εκρήξεις ATP που σχετίζονται με το NAM, τότε τα φάρμακα που διαταράσσουν το ικρίωμα θα μπορούσαν να κάνουν τους όγκους λιγότερο επεμβατικούς χωρίς να δηλητηριάσουν τα ίδια τα μιτοχόνδρια ή να επηρεάσουν τον υγιή ιστό.

«Οι μηχανικές αντιδράσεις στο στρες αποτελούν μια ελάχιστα κατανοητή ευπάθεια των καρκινικών κυττάρων που θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις», δήλωσε η Δρ. Verena Ruprecht, συν-συγγραφέας της μελέτης.

Αν και η μελέτη επικεντρώθηκε στα καρκινικά κύτταρα, οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι αυτό είναι πιθανώς ένα παγκόσμιο φαινόμενο στη βιολογία. Τα ανοσοκύτταρα που διέρχονται από τους λεμφαδένες, οι νευρωνικές διεργασίες ανάπτυξης και τα εμβρυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια της μορφογένεσης βιώνουν παρόμοια σωματική καταπόνηση.

«Όπου τα κύτταρα βρίσκονται υπό πίεση, η ενεργειακή αύξηση προς τον πυρήνα πιθανότατα προστατεύει την ακεραιότητα του γονιδιώματος», καταλήγει ο Δρ. Σντέλτσι. «Πρόκειται για ένα εντελώς νέο επίπεδο ρύθμισης στη βιολογία των κυττάρων, που αντιπροσωπεύει μια θεμελιώδη μετατόπιση στην κατανόησή μας για το πώς τα κύτταρα επιβιώνουν από το φυσικό στρες».