Šis specializuotas fermentacijos procesas (žinomas kaip Warburgo efektas) yra greitas ir pasirenkamas ATP (vieno pagrindinių ląstelės makroenerginių junginių) gaminimui, kurį ląstelės naudoja energijai. Vėžinės ląstelės šį procesą pasirenka net ir esant tokioms sąlygoms, kai yra deguonies. Tačiau tai nėra pats efektyviausias būdas panaudoti visą cukraus molekulėse sukauptą energiją, todėl mokslininkams daugelį metų buvo įdomu, kodėl vėžinės ląstelės tai daro.
Daugybė idėjų buvo pasiūlytos prieš O. Warburgui sukuriant terminą. Viena iš hipotezių buvo ta, kad vėžinėse ląstelėse yra sugedusios mitochondrijos (ląstelės jėgainė) – ląstelių organelės, kuriose „deginamas“ cukrus labai efektyviai virsta energija. Tačiau buvo nustatyta, kad vėžinių ląstelių mitochondrijos veikia taip, kaip turėtų, todėl tai negalėjo būti priežastis, kodėl vėžinės ląstelės pirmenybę teikia fermentacijos būdui, kad gautų energijos iš cukraus.
Dr. Mingo Li vadovaujamo Sloan Kettering instituto mokslininkai paskelbė galimą paaiškinimą žurnale „Science“. Naudodami biocheminius ir genetinius eksperimentus, mokslininkai parodė, kad visa tai priklauso nuo svarbios augimo faktorių signalizuojančios molekulės, vadinamos PI3 kinaze. Tai fermentas, dalyvaujantis įvairiausiose ląstelių veiklose, tokiose kaip ląstelių dalijimasis, dauginimasis, augimas ir išlikimas.
„PI3 kinazė yra pagrindinė signalizuojanti molekulė, kuri veikia beveik kaip vyriausioji ląstelių medžiagų apykaitos vadė, – sakė dr. M. Li. – Dauguma energiją eikvojančių įvykių ląstelėse, įskaitant ląstelių dalijimąsi, įvyksta tik tada, kai PI3 kinazė duoda signalą.“
PI3 kinazė buvo plačiai ištirta kaip pagrindinio signalizavimo kelio, dalyvaujančio dauginimosi procese ir vėžio medžiagų apykaitoje, dalis. Vėžinėms ląstelėms pradedant keistis ir naudojant Warburgo efektą, PI3 kinazės lygis ląstelėse padidėja. Savo ruožtu, pasroviui vykstant įvykiams, ląstelės daugiau dėmesio skiria dalijimuisi. Tai, žinoma, yra vėžio požymis – greitas dalijimasis ir dauginimasis.
„PI3 kinazė yra labai labai svarbi kinazė vėžio kontekste, – sakė dr. M. Li. – Ji siunčia augimo signalą vėžinėms ląstelėms, kad jos dalytųsi, ir yra vienas iš labiausiai aktyvių vėžio signalizacijos būdų“.
Norėdami tai ištirti, mokslininkai atsigręžė į kitą mūsų kūno ląstelių tipą, kuris turi galimybę naudoti „neefektyvų“ Warburgo efektą – imunines ląsteles. Kai tam tikros rūšies T ląstelės yra įspėjamos apie netoliese esančią infekciją ir jos turi greitai dalytis, kad padidėtų jų skaičius, jos taip pat gali išjungti cukraus „deginimo“ energijos gamybos metodą ir įjungti Warburgo efektą, kad gautų ATP ir galėtų greičiau daugintis.
Kaip autoriai paaiškina pranešime spaudai, šį „perėjimą“ nuo deguonies naudojimo prie fermentacijos proceso naudojimo kontroliuoja fermentas, vadinamas laktato dehidrogenaze A
(LDHA). Laktato dehidrogenazę A reguliuoja PI3 kinazės aktyvumo kiekis ląstelėje. Tyrinėdami peles, kurios neturi LDHA fermento, mokslininkai nustatė, kad gyvūnai negalėjo išlaikyti normalaus PI3 kinazės lygio savo T ląstelėse ir nesugebėjo kovoti su infekcijomis, nes T ląstelės tinkamai nesidalijo kai PI3 kinazės lygis nebuvo toks, koks turėtų būti.
Tai įtvirtino mintį, kad metabolinis LDHA fermentas kažkaip reguliuoja ląstelių PI3 kinazės signalinę molekulę.
„Mokslininkai, dirbantys šioje srityje, mano, kad augimo faktoriaus signalizavimas skatina medžiagų apykaitą, o medžiagų apykaita palaiko ląstelių augimą ir dauginimąsi. Taigi pastebėjimas, kad toks metabolinis fermentas, kaip LDHA, gali paveikti augimo faktoriaus signalizavimą per PI3 kinazę, tikrai atkreipė mūsų dėmesį“, – paaiškino dr. M. Li.
Tyrėjai toliau paaiškino, kad kaip ir dauguma fermentų, PI3 kinazė naudoja ATP kaip aktyvuojantį energijos šaltinį, kad atliktų savo funkcijas, pavyzdžiui, užtikrintų ląstelių dalijimąsi. Kadangi Warburgo efektas galiausiai sukelia ATP gamybą, tarp dviejų molekulių, kuriose ATP lemia PI3 kinazės aktyvumą, nustatoma teigiama grįžtamojo ryšio kilpa, o turint daugiau PI3 kinazės, tai lemia greitą ląstelių dalijimąsi ir augimą.
Išvados ginčija pripažintą nuomonę, kad ląstelių signalizacija skatina medžiagų apykaitą vėžyje. Kaip mokslininkai pademonstravo su imuninėmis ląstelėmis, kurios naudoja Warburgo efektą, metaboliniai fermentai gali paskatinti signalines molekules, kurios savo ruožtu skatina ląstelių dalijimąsi ir augimą, taip paaiškindami ilgalaikę paslaptį, kodėl vėžinės ląstelės gali naudoti fermentacijos procesą savo naudai.
Nors norint tai patikrinti reikia atlikti daugiau tyrimų naudojant vėžines ląsteles, o ne imunines ląsteles, dabartinės išvados atveria įdomų terapinį kelią, kuriame galima nusikreipti į vėžio augimą ir dauginimąsi taikantis į LDHA, o ne į PI3 kinazės signalinį fermentą.
