Naučnici otkrili šta štiti ćelije kancera i kako se kriju od imunskog sistema

Istraživači sa instituta Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute i partnerskih ustanova širom Sjeverne Amerike identifikovali su uslove u okruženju koji mogu pomoći ćelijama kancera da izgrade zaštitni sloj.

Njihovi nalazi, objavljeni su u časopisu “Science Advances”, ukazuju na to da promjene unutar mikrookruženja tumora, odnosno okolne mješavine imunskih ćelija, vezivnog tkiva, krvnih sudova, proteina i ugljenih hidrata, mogu uticati na to koliko se efikasno ćelije kancera skrivaju.

Istraživači su takođe identifikovali potencijalni način za smanjenje tog sloja bogatog šećerom, što bi moglo da olakša imunskom sistemu da otkrije i ukloni ćelije kancera.

Kako tumorsko okruženje mijenja ćelije raka?

Vođa istraživanja i glavni autor Kevin Tarp prethodno je proučavao kako fizički pritisak na ćelije može da izazove neočekivane promjene u funkciji mitohondrija. Shvatio je da tumori predstavljaju idealno okruženje za istraživanje tih efekata jer su ćelije kancera često izložene značajnim mehaničkim silama, piše Science Daily.

„Primarni tumori su obično tvrđi od okolnog tkiva“, rekao je Tarp, docent u Programu metabolizma kancera i mikrookruženja u NCI centru za karcinom Sanford Burnham Prebys i dodao da ga je to navelo na hipotezu da biofizička svojstva ćelija utiču na izmijenjene metaboličke programe koje svi primjećuju u tumorima.

Jedna metabolička promjena koja se obično povezuje sa tumorima jeste smanjen oksidativni metabolizam glukoze. Prethodna istraživanja pokazala su da ova promjena može zavisiti od toga koje su hranljive materije dostupne oko ćelija, što znači da ona nije nužno urođena karakteristika samih tumorskih ćelija.

Kako bi nastavili istraživanje, Tarp i njegove kolege izložili su ćelije velikim količinama glukoze dok su ih uzgajali u nekoliko različitih uslova. Neke ćelije smještene su u čvrsta okruženja osmišljena tako da podsećaju na fizičke uslove oko primarnih tumora. Druge su uzgajane u mekšim okruženjima koja više podsjećaju na normalno tkivo.

Naučnici su ćelije podelili i prema vrsti hranljive podloge u kojoj su uzgajane. Jedna je bila standardna laboratorijska podloga, dok je druga napravljena tako da više odgovara sastavu hranljivih materija u ljudskom tijelu.

Obje vrste testirane su u uslovima normalnog i povišenog nivoa glukoze, što je istraživačima omogućilo da simuliraju hiperglikemiju.

Visok nivo glukoze može da podeblja šećerni omotač kancera

Razlike u okruženju dovele su do značajnih promena u proteinima koje ćelije proizvode, koncentraciji metabolita unutar njih i debljini sloja šećera koji prekriva njihovu površinu.

Ovaj zaštitni omotač poznat je kao glikokaliks. Važno je napomenuti da je višak glukoze povećao debljinu glikokaliksa samo kada su ćelije uzgajane u fiziološkoj podlozi koja je vernije oponašala uslove u ljudskom tijelu.

„Uočili smo da promjena sastava fiziološke podloge i metabolita dostupnih tim tumorskim ćelijama otkriva različite biološke karakteristike metabolizma normalnih i tumorskih ćelija“, rekao je Tarp.

Istraživači su zatim proučavali na koji način ove metaboličke promjene utiču na glikokaliks. On je izgrađen od ugljenih hidrata vezanih za proteine ili lipide. Ove strukture nazivaju se glikokonjugati.

Pošto glukoza obezbeđuje dio sirovina potrebnih za proizvodnju glikokonjugata, tim je pretpostavio da bi promene u metabolizmu glukoze ili hiperglikemija mogle da utiču na način na koji se ovaj zaštitni sloj izgrađuje.

„Uočili smo izraženu razliku između glikokonjugata ćelija uzgajanih u konvencionalnoj podlozi i onih uzgajanih u podlozi koja bolje odražava sastav hranljivih materija u ljudskom tijelu“, rekao je Tarp.

Istraživači su takođe otkrili da hiperglikemija mijenja sastav glikokonjugata koje ćelije proizvode.

Kako bi razumeli zašto je višak glukoze povezan sa debljim glikokaliksom, istraživači su proučavali koji proteini postaju zastupljeniji kada su ćelije izložene hiperglikemiji.

Njihovi eksperimenti ukazali su na važnost faktora toplotnog šoka 1 (HSF1), proteina najpoznatijeg po tome što pomaže ćelijama da prežive visoke temperature i druge oblike stresa. Prethodna istraživanja povezala su HSF1 i sa napredovanjem i metastaziranjem kancera dojke.

Tim je pokazao da prisustvo ili odsustvo HSF1 menja sastav glikokonjugata koje ćelije proizvode. Istraživači su zatim proučavali odnos između hiperglikemije, HSF1, mikrookruženja tumora i sposobnosti imunskog sistema da napadne ćelije kancera.

Otkrili su da hiperglikemija povećava sposobnost ćelija kancera da izbjegnu otkrivanje imunskog sistema samo kada je prisutan HSF1 i kada su ćelije uzgajane u uslovima koji podsećaju na mikrookruženje tumora.

Nalazi ukazuju na to da bi lekovi osmišljeni tako da djeluju na HSF1 potencijalno mogli da smanje debljinu glikokaliksa, uklanjajući deo zaštite koja omogućava ćelijama kancera da izbegnu nadzor imunskog sistema.

Uklanjanje zaštitnog štita raka

„Naši nalazi ukazuju na to da promene u funkciji mitohondrija dovode do sinteze molekula izvedenih iz šećera na površini ćelija, koji otežavaju imunskom sistemu da prepozna i ubije ćelije kancera“, rekao je Tarp i dodao da sada kada to znaju otvara se ogromna mogućnost za razvoj ljekova kojima bi se uklonio površinski omotač koji ih štiti od imunskog nadzora.

Mišljenja je da bi ovo mogla da bude zaista efikasna strategija za napad na metastatsku bolest i poboljšanje odgovora na imunoterapiju.

Istraživanje bi moglo da ima poseban značaj jer metabolički sindrom i dijabetes tipa 2 postaju sve češći. Oba stanja mogu da uključuju hiperglikemiju, za koju Tarp napominje da postaje sve važniji faktor rizika za ljude oboljele od kancera.

Značajan broj prethodnih istraživanja povezao je visok nivo šećera u krvi sa povećanim rizikom od razvoja kancera i lošijim ishodima nakon liječenja. Međutim, znatno manje studija istraživalo je biološke mehanizme koji bi mogli da objasne tu vezu.

Nova otkrića nude jedno moguće objašnjenje, pokazujući kako povišen nivo glukoze može direktno da pomogne tumorima da izbjegnu napad imunog sistema.

„Ono što smo pronašli jeste uvjerljiv mehanizam kojim hiperglikemija direktno doprinosi izbegavanju imunskog odgovora. I potencijalno način da se ukloni prednost koju tumorima daje hiperglikemija izazvana metaboličkim sindromom i savremenom ishranom“, rekao je Tarp.