Когда раковые клетки сжимаются до трех микрон — примерно одной тридцатой диаметра человеческого волоса — митохондрии за секунды формируют плотное кольцо вокруг ядра, образуя структуру, которую исследователи назвали NAM (nucleus-associated mitochondria). Это кольцо настолько тесное, что ядро прогибается внутрь. Феномен наблюдался в 84% сжатых раковых клеток линии HeLa против практически нулевого показателя в свободно плавающих клетках. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые показали, как раковые клетки заряжаются энергией перед атакой
Ученые из Центра геномной регуляции в Барселоне обнаружили защитный механизм, который помогает раковым клеткам выживать при физическом давлении. Митохондрии мгновенно устремляются к ядру и обеспечивают энергетический всплеск, необходимый для восстановления поврежденной ДНК. Ученые нашли способ борьбы с защитным механизмом раковых клеток.
При физическом сжатии раковые клетки высвобождают большое количество энергии, заставляя свои митохондрии метаться вокруг ядра и вырабатывать дополнительные АТФ. Этот новый механизм, наблюдаемый как в лабораторных экспериментах, так и в биопсиях пациентов, помогает раковым клеткам восстанавливать повреждения ДНК и выживать в условиях сильного стресса. Stock
Митохондрии — это древние бактерии, которые около двух миллиардов лет назад были поглощены предками современных клеток и превратились в энергетические станции. Каждая митохондрия содержит собственную ДНК и производит АТФ — универсальную энергетическую валюту клетки. В обычных условиях митохондрии равномерно распределены по цитоплазме, но новое исследование показывает, что при механическом стрессе они способны быстро перемещаться туда, где энергия нужна срочно.
Как митохондрии спасают раковые клетки
Сжатая внешним давлением раковая клетка, в которой видно скопление митохондрий (пурпурного цвета) на ядерной периферии (ядро показано голубым цветом) и в ядерных «ямочках» (углублениях).
Флуоресцентные датчики показали, что поступление АТФ в ядро возрастает на 60% в течение 3 секунд после сжатия. «Это явный признак того, что клетки адаптируются к нагрузке и перестраивают свой метаболизм», — говорит соавтор исследования доктор Фабио Пеццано. Этот энергетический всплеск критически важен: механическое сжатие разрывает нити ДНК, и клеткам нужна дополнительная энергия для работы ферментов восстановления.
Клетки рака, на которых видны митохондрии (пурпурный цвет) и ядро (голубой цвет). В клетках HeLa (показанных на этом рисунке) степень проникновения in vitro составила 83,6%.
Анализ биопсий опухолей молочной железы от 17 пациентов подтвердил клиническую значимость открытия. На границах опухолей, например, при проникновении клеток сквозь узкие поры и сосуды, NAM-структуры встречались около 5,4% ядер против 1,8% в плотном центре — трехкратная разница, указывающая на связь системы энергообеспечения с развитием метастазов в плотных тканях.
Исследователи выяснили, что внутриклеточные структуры создают каркас, удерживающий митохондрии возле ядра. Когда клетки обрабатывали особым веществом (латрункулином А) формирование NAM-структур прекращалось, приток АТФ падал и метастазирование снижалось. Это открывает путь к созданию препаратов, которые блокируют развитие метастазов, не повреждая митохондрии здоровых тканей.