I över ett sekel har cancercellsmetabolism setts som något av en paradox. Nytt arbete från forskare vid Washington University i St Louis visar att det kanske inte är en sådan anomali trots allt. Studien publiceras 15 augusti i Molecular Cell.

Glukos, ett vanligt socker i mat, är ett av de viktigaste näringsämnena i kroppen. Cancerceller tenderar att konsumera det i en häpnadsväckande takt. Vid första anblicken verkar det vara vettigt eftersom cancerceller har mycket syntes att göra. När allt kommer omkring, eftersom tumörer växer snabbt måste varje cell replikera hela sitt innehåll.

Men här är haken. Cancerceller använder inte glukosen särskilt effektivt. Istället för att suga upp all energi de kan ur glukos frigör de det mesta som avfallsmaterial.

"För att extrahera den maximala mängden energi från glukos måste cellerna transportera dess omvandlingsprodukter till mitokondrier", säger Gary Patti, professor i kemi i konst och vetenskap samt genetik och medicin vid School of Medicine, Michael och Tana Powell. Patti, medlem av Siteman Cancer Center vid Barnes-Jewish Hospital och School of Medicine, är senior författare till den nya studien

"Det finns vissa biokemiska regler som ämnesomsättningen är tänkt att följa. Det har varit intressant att fundera på varför tumörer kan tillåtas att bryta dem," sa Patti. "Men resultaten vi rapporterar här visar att cancerceller följer konventionella principer."

Överfull

Mitokondrier är små fack inuti celler, ofta kallade cellens kraftverk eller kraftverk. Vad som går in och ut ur dem kontrolleras hårt.

Som en liten bakgrundshistoria upptäckte en berömd biokemist vid namn Otto Warburg först tumörernas slösaktiga natur på 1920-talet. För att förklara varför mer energi inte skördas från glukos, postulerade han att mitokondrier är skadade i cancerceller.

"Vi vet nu att detta inte är sant. Mitokondrier är funktionella och faktiskt aktiva i de flesta cancerformer," sa Patti. Men det lämnar en ihållande och irriterande fråga obesvarad:Varför metaboliserar cancerceller så lite av glukosen de konsumerar i mitokondrier?

"Jag tror att det som har varit förvirrande är att det har funnits den här uppfattningen att cancerceller föredrar att inte oxidera glukos i sina mitokondrier," sa Patti. "Kanske som ett arv från Warburgs ursprungliga tänkande eller kanske för att det händer så omfattande, har antagandet ofta varit att cancerceller vill använda glukos slösaktigt."

Alla möjliga förklaringar har erbjudits till varför cancerceller kanske vill vara slösaktiga med sin glukos. Patti och hans team hävdar dock att dessa rationaliseringar kan vara onödiga. I slutändan kanske cancermetabolismen inte är så ovanlig som forskarna trodde.

Cancerceller vill verkligen metabolisera glukos i sina mitokondrier, och de gör det. Tills de inte kan.

"När vi begränsar mängden glukos som tas upp av cancerceller, tar nästan allt sin väg in i mitokondrier," sa Patti. "Men när glukoskonsumtionen ökar kan hastigheten för att flytta glukoshärledda molekyler till mitokondrier inte hänga med."

Med andra ord, cancerceller slösar bara bort glukos eftersom transporten till mitokondrierna är för långsam.

Föreställ dig en badkarskran som spottar ut vatten snabbare än avloppet kan ta bort det. Så småningom rinner vattnet över på golvet.

"Detta är inte ett radikalt nytt metaboliskt paradigm. De flesta celler föredrar att oxidera glukos i mitokondrier snarare än att utsöndra det som avfall," sa Patti. "Våra data tyder på att cancerceller inte är ett undantag. De verkar följa samma biokemiska mönster som andra celler."

Mättad

Patti-teamets upptäckt möjliggjordes av en kraftfull teknik som kallas metabolomics.

"Under det senaste decenniet har framstegen inom metabolomik och masspektrometri varit extraordinära," noterade Patti. "Vi har nu nått en punkt där det till och med är möjligt att mäta molekyler i enstaka celler."

I denna studie kombinerade forskarna metabolomik med stabila isotopspårare. Detta gjorde det möjligt för dem att märka olika delar av glukos så att de kunde spåra det inuti celler, titta på hastigheten med vilken saker kom in i mitokondrier eller utsöndrades från celler. Det var så forskarna upptäckte att de normala vägarna för att transportera bränsle blev snabbare eller mättade i cancerceller.

Hastigheten med vilken tumörer konsumerar glukos har utnyttjats av läkare på kliniken i decennier som ett sätt att diagnostisera cancer och identifiera dess stadium. Det har också fått en del att tro att en begränsning av glukosupptaget med droger eller genom att äta en sockerfri diet kan "svälta" cancercellerna ihjäl.

Resultaten av denna studie väcker frågor om en sådan strategi.

"Vi kan behöva tänka om hur vi bäst kan rikta in oss på glukosmetabolismen i cancer," sa Patti. "Om cancerceller tar upp mer glukos än de behöver, och att använda det slösaktigt inte är en drivkraft för sjukdomar, kan glukosmetabolism inte vara så attraktivt som ett terapeutiskt mål som vi hade hoppats." + Utforska vidare

Cancer har en krusningseffekt på avlägsna vävnader