癌细胞推开正常环境因素如何消耗能量

使用人类肺癌细胞,UT西南一般研究人员已经发现了细胞如何调节根据周围环境和能耗,此外,癌细胞如何覆盖这些线索能源利用最大化。研究结果,发表在本周自然延长去年的一份报告中,同一组发现细胞的骨架可以促进癌细胞生长在转移或化疗攻击。

“癌症细胞在经验变量机械条件肿瘤的生长和传播,所以我们想知道是否也会影响glycolysis-the细胞的力学条件能源使用。增强糖酵解是癌症的标志”,Gaudenz Danuser,博士,细胞生物学教授和主席莉达山生物信息学。

细胞的微环境影响细胞的力学功能发展,生存,死亡,和细胞形状的变化,Danuser说。所有这些行为要求能源,但Danuser说它从未被研究了细胞可能会改变他们的能源使用基于微环境。

细胞能够感知周围的组织/材料的刚度通过蛋白质组成的骨架,他说。特别是肺细胞伸展和收缩的每一次呼吸;然而肺组织变硬时一定条件下发展,如肺纤维化或癌症。Danuser的团队着手研究能源使用和组织刚度之间的相互作用。他们第一次增长正常肺细胞硬和软表面separately-glass涂上一种僵硬的胶原蛋白或玻璃涂上一种更柔和、更凝胶状的胶原蛋白。他们发现通过测量分解代谢物在松软的地上,细胞生长通常减少其能源使用:硬表面更加代谢物;软surface-fewer代谢物。

然后团队调查这是如何控制的,特别是问细胞是否在生产相同数量的一个关键酶磷酸果糖激酶(PFK),所需葡萄糖代谢。通过标记PFK以便它闪闪发光的绿色和不断增长的细胞包含标记酶软、硬表面,研究小组发现相同的酶最初,但很少被发现在细胞生长在柔软的表面。他们得出的结论是,一定是感觉到柔软的表面,然后清理PFK之后。

接下来,他们怀疑肺癌症细胞类似的行为。所以他们变得癌变肺细胞在相同的硬和软的表面。他们发现大量的能源使用硬表面,就像健康的细胞。但他们还发现高能源使用柔软的表面,再根据测量分解代谢物。

确认如果这的确发生在完整的肺,团队测量相同的代谢物在健康和tumorous-removed病人。使用一个基于计算机的测量工具,他们可以近似的水平在单个细胞生长PFK软中心的肺,僵硬的气道附近的分支,在肿瘤。细胞从肿瘤和生长气道分支附近经常有更高水平的PFK比生长在肺的中心,从实验与预测人造细胞。

“这些实验让我们得出这样的结论:确实有某种机械调节细胞新陈代谢和癌细胞可以覆盖监管,“Danuser说持有人帕特里克·e·自己杰出的椅子上的基本的生物医学科学。

研究人员推断刚度传感必须以某种方式有关细胞的骨架,它本身可以动态地改变从刚性到更柔软,根据细胞在做什么。使用显微镜和计算机软件他们写自己,他们检查的骨骼细胞生长硬和软的表面。在坚硬的表面,他们发现细胞骨架包含长,厚蛋白质电缆;在松软的地上,骨架材料更短,更少的捆绑,和更多的弯曲。

他们知道从他们的实验,PFK,糖酵解的限制酶,是删除之后如果细胞生长在温和的组织。发现引起研究人员寻找细胞骨架之间的联系及其系统所谓的蛋白质降解,或删除不需要的酶。团队系统耗尽细胞每18蛋白质识别的生物信息学分析候选人针对PFK退化。他们要求的候选人,删除时,会增加细胞的能源使用,模仿覆盖肺肿瘤细胞中观察到。

他们发现TRIM21蛋白质。

研究人员发现,厚细胞骨架包隔离TRIM21和防止针对其他蛋白质破坏。当细胞生长在一个柔软表面,包薄,释放TRIM21和允许它与PFK交互,所以酶会退化,因此葡萄糖代谢降低,Danuser说。癌症细胞调节他们的骨骼不同:TRIM21停留的骨架,阻止代谢酶的降解为目标,保持高代谢。

他们还发现,TRIM21的基因突变,这已经在癌症临床报告,会导致TRIM21蛋白质的聚集。而不是坚持细胞骨架,TRIM21坚持本身,使其不活跃。

“这项研究建立一个机制通过TRIM21退化的PFK机械调节糖酵解途径涉及到细胞的骨架,并最终影响能源可用性在健康和癌细胞“Danuser说。“在癌症细胞,抑制通过封存TRIM21功能可能导致恶性肿瘤的代谢特点:保持能量的能力,尽管它的环境的变化。”

UTSW合作者包括Tadamoto Isogal,去骨高,约翰·米纳和罗伯特•Bachoo拉尔夫DeBerardinis。其他参与这项研究包括然而在和路易莎索利斯的德克萨斯大学MD安德森癌症中心的临清李和克里斯托弗·陈,哈佛大学和波士顿大学。

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