Mechanizm przeżycia drożdży podczas głodu może zainspirować nowe metody leczenia raka poprzez ukierunkowanie na zdolność komórek nowotworowych do przechodzenia w stan uśpienia.
Odkrycie nieoczekiwanego mechanizmu przetrwania wykorzystywanego przez drożdże podczas warzenia piwa może prowadzić do nowych postępów w leczeniu raka.
Odkrycie dokonane przez naukowców ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Wirginii i ich współpracowników z EMBL w Niemczech ujawnia nigdy wcześniej nie widzianą adaptację, która pomaga komórkom drożdży przejść w stan uśpienia, gdy brakuje składników odżywczych. Ta zdolność do hibernacji podczas stresu odzwierciedla zdolność raka do przetrwania niedoborów składników odżywczych, które towarzyszą niekontrolowanemu wzrostowi komórek nowotworowych.
Nieoczekiwane odkrycia mogą prowadzić do nowych strategii zwiększania podatności komórek nowotworowych na głód i łatwiejszych w leczeniu, powiedział badacz Ahmad Jomaa, dr z Wydziału Fizjologii Molekularnej i Fizyki Biologicznej Szkoły Medycznej.
„Komórki mogą zrobić sobie przerwę, gdy sytuacja staje się trudna, przechodząc w głęboki sen, aby pozostać przy życiu, a później pozornie po prostu wracają” – mówi Jomaa z Centrum Fizjologii Błon i Komórek UVA. „Dlatego musimy zrozumieć podstawy adaptacji do głodu i sposób, w jaki komórki przechodzą w stan uśpienia, aby pozostać przy życiu i uniknąć śmierci”.
Przetrwanie stresu
S. pombe jest gatunek drożdży używanych od wieków do warzenia piwa. Ale jest to także nieocenione narzędzie badawcze dla naukowców ze względu na podobieństwo do komórek ludzkich. Poprzez lepsze zrozumienie S. pombemożemy lepiej zrozumieć podstawowe procesy komórkowe, zarówno w komórkach zdrowych, jak i nowotworowych.
Pracując z doktorem Simone Mattei i współpracownikami z EMBL, Jomaa i jego zespół odkryli, że kiedy baterie komórek drożdży przechodzą w stan hibernacji, aby uniknąć stresu, otulają się nieoczekiwanym kocem. Powierzchnie tych baterii, zwane mitochondriami, pokrywają się dezaktywowanymi rybosomami, maszynerią komórkową, która normalnie wytwarza białka.
Pozostaje tajemnicą, dlaczego te nieaktywne rybosomy przyczepiają się do mitochondriów. „Mogą istnieć różne wyjaśnienia” – powiedział Mattei. „Wygłodzona komórka w końcu zacznie się trawić, więc rybosomy mogą pokrywać mitochondria, aby je chronić. Mogą się także przyłączać, uruchamiając kaskadę sygnalizacyjną wewnątrz mitochondriów.”
Naukowcy byli w stanie zwizualizować, w jaki sposób rybosomy przyłączają się do mitochondriów aż do poziomu molekularnego, korzystając z zadziwiająco skutecznej mikroskopii krioelektronowej i tomografii krioelektronowej pojedynczych cząstek. Byli zaskoczeni, gdy odkryli, że rybosomy przyczepiły się „do góry nogami”, wykorzystując małą podjednostkę ich anatomii. Tego rodzaju interakcji nigdy wcześniej nie widziano i może pomóc rozszyfrować tajemnicę tego, jak komórki wchodzą i budzą się ze stanu uśpienia. „Wiedzieliśmy, że komórki będą próbowały oszczędzać energię i zamykać rybosomy, ale nie spodziewaliśmy się, że przyłączą się do mitochondriów w pozycji odwróconej” – powiedział Maciej Gluc, doktorant w laboratorium Jomaa i współpierwszy autor nowej pracy naukowej opisującej odkrycie.
Nowe odkrycia mogą mieć ważne implikacje dla naszej wiedzy na temat raka. Komórki nowotworowe borykają się z ciągłymi niedoborami składników odżywczych z powodu niekontrolowanego wzrostu i często popadają w stan uśpienia, czyli „spokój”, aby przetrwać i uniknąć wykrycia przez nasz układ odpornościowy. Zrozumienie, jak to robią, może prowadzić do opracowania nowych sposobów namierzania komórek nowotworowych, aby poprawić wyniki leczenia pacjentów i zapobiec nawrotom choroby.
„W kolejnych krokach staramy się zrozumieć nie tylko, w jaki sposób komórki regulują wejście w stan uśpienia, ale także w jaki sposób budzą się z głębokiego snu. Na razie będziemy używać drożdży, ponieważ znacznie łatwiej jest nimi manipulować. Obecnie badamy to również na hodowanych komórkach nowotworowych, co nie jest łatwym zadaniem” – powiedział Jomaa. „Mam nadzieję, że ostatecznie badania mojej grupy położą podwaliny pod odkrycie nowych markerów umożliwiających śledzenie uśpionych komórek nowotworowych. Komórki te nie są łatwo wykrywane w warunkach diagnostycznych, ale mamy nadzieję, że nasze badania wzbudzą większe zainteresowanie pomocą w osiągnięciu naszego celu”.
Odniesienie: „Rybosomy hibernują na mitochondriach podczas stresu komórkowego” Olivier Gemin, Maciej Gluc, Higor Rosa, Michael Purdy, Moritz Niemann, Yelena Peskova, Simone Mattei i Ahmad Jomaa, 8 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52911-4
Badania były wspierane przez Program Searle Scholars, Amerykańskie Towarzystwo ds. Walki z Rakiem, Wydział Fizjologii Molekularnej i Fizyki Biologicznej UVA oraz Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej.
