Ћелије рака тренутно активирају производњу енергије када се ДНК компресује и оштети

Ћелије рака тренутно активирају енергетски богат одговор на физичку компресију, према студији објављеној у часопису Nature Communications. Овај налет енергије је прва документована манифестација заштитног механизма који помаже ћелијама да поправе оштећену ДНК и преживе скучене услове људског тела.

Ова открића помажу у објашњењу како ћелије рака преживљавају у сложеним механичким окружењима, као што је пузање кроз туморске микроокружења, продирање кроз порозне крвне судове или превазилажење шокова у крвотоку. Откриће механизма могло би довести до нових стратегија за „усидравање“ ћелија рака пре него што се прошире.

Истраживачи у Центру за геномску регулацију (CRG) у Барселони су открили ово откриће користећи специјализовани микроскоп способан да стисне живе ћелије на само три микрона ширине – око тридесет пута мање од пречника људске длаке. Приметили су да у року од неколико секунди након компресије, митохондрије у HeLa ћелијама јурну на површину једра и почну да пумпају додатни АТП, молекуларни извор енергије ћелија.

„Ово нас тера да преиспитамо улогу митохондрија у људском телу. Оне нису само статичке батерије које напајају ћелије, већ паметни 'спасиоци' који се могу позвати у хитним случајевима када је ћелија буквално доведена до својих граница“, каже др Сара Сделчи, коауторка студије.

Митохондрије су формирале тако густ „сјај“ око језгра да је језгро било стиснуто ка унутра. Овај феномен је примећен код 84 процента компримованих ћелија рака HeLa, у поређењу са скоро нула код плутајућих, некомпримованих ћелија. Истраживачи су ове структуре назвали NAM, што је од nucleus-associated mitochondries (митохондрије повезане са језгром).

Да би открили шта NAM-ови раде, истраживачи су користили флуоресцентни сензор који светли када ATP уђе у једро. Сигнал се повећао за око 60% само три секунде након што су ћелије стиснуте.

„Ово је јасан знак да се ћелије прилагођавају стресу и реконфигуришу свој метаболизам“, објашњава др Фабио Пецано, први коаутор студије.

Даљи експерименти су показали зашто је ово повећање енергије важно. Механичка компресија оптерећује ДНК, кидајући ланце и запетљавајући геном. Ћелијама су потребни комплекси за поправку зависни од АТП-а да би ослабиле структуру ДНК и дошле до оштећења. Компримоване ћелије које су примиле додатни АТП поправиле су своју ДНК у року од неколико сати, док су ћелије без додатног АТП-а престале да се нормално деле.

Да би потврдили значај овог механизма у болести, истраживачи су такође испитали биопсије тумора дојке од 17 пацијената. NAM ореоли су примећени у 5,4% језгара на инвазивној маргини тумора, у поређењу са 1,8% у густом језгру - трострука разлика.

„Чињеница да смо пронашли овај потпис у ткиву пацијента потврдила је његов значај ван лабораторије“, објашњава др Ритобрата (Рито) Госе, први коаутор студије.

Истраживачи су такође могли да проуче ћелијске механизме који омогућавају митохондријалну „поплаву“. Актински филаменти – исте протеинске нити које омогућавају мишићима да се контрахују – формирају прстен око језгра, а ендоплазматски ретикулум вуче мрежасту „замку“ заједно. Студија је показала да овај комбиновани распоред физички држи NAM на месту, формирајући „ореол“. Када су истраживачи третирали ћелије латрункулином А, леком који омета актин, формирање NAM-а је нестало, а нивои АТП-а су нагло опали.

Ако метастатске ћелије зависе од АТП експлозија повезаних са НАМ-ом, онда лекови који ометају скелет могу учинити туморе мање инвазивним без тровања самих митохондрија или утицаја на здраво ткиво.

„Механичке реакције на стрес су слабо схваћена рањивост ћелија рака која би могла да отвори нове терапијске приступе“, рекла је др Верена Рупрехт, коауторка студије.

Иако се студија фокусирала на ћелије рака, аутори истичу да је ово вероватно универзални феномен у биологији. Имунске ћелије које пролазе кроз лимфне чворове, процеси раста неурона и ембрионалне ћелије током морфогенезе доживљавају сличан физички стрес.

„Тамо где су ћелије под притиском, енергетски талас ка једру вероватно штити интегритет генома“, закључује др Сделчи. „Ово је потпуно нови ниво регулације у ћелијској биологији, који представља фундаменталну промену у нашем разумевању како ћелије преживљавају физички стрес.“