解决一个100岁的悖论:为什么癌细胞浪费如此多的能量

奥托华宝

麻省理工学院的生物学家们发现了瓦堡效应的一种可能解释。瓦堡效应最早出现在20世纪20年代的癌细胞中,以奥托·瓦堡(Otto Warburg)的名字命名。图片来源:《数字拼贴画》,作者:Jose-Luis Olivares;癌症图像由国家癌症研究所的塞西尔·福克斯博士提供;图片由美国国立卫生研究院提供

麻省理工学院研究揭示了一个长期存在的问题:为什么癌细胞从发酵中获取能量。

在20世纪20年代,德国化学家Otto Warburg发现癌细胞不会以同样的方式代谢糖,这通常是健康的细胞通常所做的方式。从那时起,科学家试图弄清楚为什么癌细胞使用这种替代途径,这效率得多。

麻省理工学院的生物学家们现在找到了这个长期存在的问题的可能答案。在一项研究中分子细胞,他们表明,这种代谢途径,称为发酵,有助于细胞再生称为NAD +的大量分子,它们需要合成脱氧核糖核酸和其他重要分子。他们的发现还考虑为什么其他类型的快速增殖细胞,例如免疫细胞,切换到发酵。

“这真的是一大百岁的悖论,许多人试图以不同的方式解释,”麻省理工学院综合癌症研究所的麻省理工学院副教授和麻省理工学院综合癌症研究所的副主任副主任。yabo124“我们发现的是,在某些情况下,细胞需要做更多这些电子转移反应,这需要NAD +,以使如DNA等分子。”

vander heiden是新学习的高级作者,引导作者是前麻省理工学院研究生和邮政编码博纳博士博士博士,赵琪李。

效率低下代谢

发酵是一种方法,即细胞可以将糖中发现的能量转化为ATP,这是细胞用于为所有需求存储能量的化学品。然而,哺乳动物细胞通常使用称为有氧呼吸的过程分解糖,这产生了更多的ATP。仅当它们没有足够的氧气可用于执行有氧呼吸时,细胞通常仅切换到发酵。

癌细胞需要NAD+

麻省理工学院研究人员表明,癌细胞对NAD +的需求驱动它们切换到一种称为发酵的浪费代谢过程。信贷:由研究人员提供

自巴汉发现以来,科学家们提出了癌细胞切换到低效发酵途径的原因。Warburg最初提出癌细胞的线粒体,其中发生有氧呼吸,可能会损坏,但结果不是这种情况。其他解释专注于以不同方式生产ATP的可能益处,但这些理论都没有获得广泛的支持。

在这项研究中,麻省理工学院团队决定通过询问如果抑制癌细胞进行发酵能力会发生什么,提出解决方案。为做到,它们用迫使它们将称为丙酮酸的分子从发酵途径转移到有氧呼吸途径中的药物处理细胞。

他们看到,随着其他人之前所示,阻断发酵会减慢癌细胞的生长。然后,他们试图弄清楚如何恢复细胞增殖的能力,同时仍然阻塞发酵。他们尝试的一种方法是刺激细胞产生NAD +,一种有助于细胞处理被细胞制造如DNA和蛋白质如DNA和蛋白质的分子剥离剥离的额外电子的分子。

当研究人员用一种刺激NAD+产生的药物处理这些细胞时,他们发现这些细胞再次开始快速增殖,尽管它们仍然不能进行发酵。这使得研究人员推论出,当细胞快速生长时,它们对NAD+的需求大于对ATP的需求。在有氧呼吸过程中,细胞产生大量的ATP和一些NAD+。如果细胞积累的ATP多于它们所能使用的ATP,呼吸就会减慢,NAD+的产生也会减慢。

“我们假设,当NAD+和ATP同时产生时,如果你不能去除ATP,它就会破坏整个系统,使你也无法产生NAD+,”李说。

因此,转换到一种产生ATP的效率较低的方法,使细胞产生更多的NAD+,实际上有助于它们更快地生长。“如果你回过头来观察这些过程,你会发现发酵可以让你以一种不耦合的方式产生NAD+,”卢恩戈说。

解决悖论

研究人员在其他类型的快速增殖细胞中测试了这一想法,包括免疫细胞,并发现阻止发酵但允许产生NAD+的替代方法使细胞继续快速分裂。他们也在非哺乳动物细胞中观察到同样的现象,如酵母,它进行一种不同类型的发酵,产生乙醇。

“并非所有增殖细胞都必须这样做,”vander heiden说。“它真的只有很快的细胞。如果细胞正在迅速增长,因此他们的需求使东西突出了,他们燃烧的时间有多少,这是当他们翻入这种类型的新陈代谢时。所以,它在我的脑海中解决了许多已经存在的悖论。“

研究结果表明,迫使癌细胞转换回有氧呼吸而不是发酵的药物可能为治疗肿瘤提供一种可能的方法。研究人员说,抑制NAD+产生的药物也可能有有益的效果。

参考:“NAD +相对需求增加ATP驱动器有氧糖酵解”,阿尔巴Luengo Zhaoqi Li丹y Gui,卢卡斯·b·沙利文玛丽亚Zagorulya,布莱恩·t·做拉斐尔费雷拉,Adi Naamati,阿里,卡罗琳·a·刘易斯,克雷格·j·托马斯,蒂芬妮跳,尼古拉斯·j·马西森和马修·g·范德Heiden 2020年12月30日,分子细胞
DOI:10.1016 / J.MOLCE.2020.12.012

研究中心是由路德维希分子肿瘤学、美国国家科学基金会,美国国立卫生研究院,霍华德•休斯医学研究所,英国医学研究理事会,NHS血液和移植,诺和诺德基金会,克努特和爱丽丝•瓦伦堡基金会,站起来2癌症,lustgarte基金会,麻省理工学院精密癌症医学中心。

2的评论关于“解决一个百年悖论:为什么癌细胞会浪费这么多能量”

  1. 这是一个诱人的发现,含有思想的种子,不仅用于癌症治疗,而且为了以健康的方式预防和日常生活。谢谢你。

  2. 也许奇迹只是沿着“新”道路科学正在服用人类。现在,如果我们可以让人们愿意接受它们。我们肯定有很多人在黑暗中生活在黑暗中。

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