Porywacze mitochondriów

Choć mitochondria są niezwykle ciekawymi organellami, a opisy ich samych i chorób z nimi związanych nie tylko zajmują całe rozdziały podręczników, ale wręcz całe książki, tym razem chciałam opowiedzieć o jednej tylko związanej z nimi ciekawostce.

Być może słyszeliście już kiedyś, wydaje się to być zresztą koncepcją dość intuicyjną, że nowotwory, zmiany ex definitione w końcu rozrostowe, mają wysokie potrzeby energetyczne. Różne się zresztą z tej idei pomysły wywodzą, niekiedy bardzo absurdalne – pokroju jednego z ulubionych w świecie tzw. medycyny alternatywnej, tego o konieczności “zagłodzenia” raka poprzez najdziwaczniejsze diety, niekiedy dużo sensowniejsze, jak chociażby leczenie antyangiogenne, hamujące rozrost sieci naczyń krwionośnych dostarczających guzowi niezbędnych substancji odżywczych. Po pierwszych akapitach być może domyślacie się już, że i mitochondria mogą tu odgrywać pewną rolę. Skoro nowotwory są energożerne, a mitochondria są strukturami kluczowymi dla przemian energetycznych komórki, organella te wydają się potencjalnie istotnym elementem składowym komórek nowotworowych. I tak też jest – nowotwory często miewają, jak pokazują wieloletnie obserwacje, najróżniejsze mutacje nie tylko w podstawowym, jądrowym materiale genetycznym, dość często zmianom ulega w nich także genom mitochondrialny z najróżniejszymi efektami metabolicznymi. Co jednak by się stało, gdyby komórkom nowotworowym z jakichś względów mitochondriów zabrakło? Frapujące pytanie, nieprawdaż?

Odpowiedź na nie okazała się jeszcze bardziej interesująca. Otóż – co mało zaskakujące – komórki nowotworowe pozbawione swoich mikroelektrowni rzeczywiście rosły dużo wolniej i dużo więcej czasu zabrało im pokonanie barier tkankowych i rozsianie się po zakamarkach organizmu myszy wybranych na bohaterki eksperymentu. Jednak gdy już się uwolniły, gdy zagnieździły się na przykład w płucach, badaczy i autorów opublikowanej niedawno w Cell Metabolism pracy spotkała mała niespodzianka. Myszy “zainfekowano” komórkami nowotworowymi, które pozbawiono mitochondrialnego DNA, tak że ich metabolizm uległ znaczącemu upośledzeniu (białka produkowane na bazie genomu mitochondrialnego nie są liczne, są jednak niezbędne, by proces oddychania komórkowego mógł zachodzić). Owszem, po podaniu ich zwierzakom, powoli zadomawiały się i zaczynały rozrastać, ale też czyniły to nader leniwie w porównaniu z grupą kontrolną obdarowaną komórkami pełnowartościowymi. W momencie jednak, gdy wypłynęły na obwód i utworzyły przerzuty, sytuacja uległa dramatycznej zmianie. Guzy przerzutowe rosły równie dziarsko, jak guzy w grupie kontrolnej. Komórki spalały i “oddychały” równie efektywnie, a przebadane przez naukowców okazały się – ni stąd, ni zowąd – posiadać w pełni sprawne mitochondria zaopatrzone we w pełni funkcjonalne pierścionki DNA. Zaszło coś dziwnego. Tym dziwniejszego, że komórki tej samej uszkodzonej linii nowotworowej hodowane jednocześnie w laboratorium prezentowały się równie smętnie, co na początku badania.

Zagadkę pomogły rozwikłać badania znalezionego w komórkach mitochondrialnego DNA, które to – o dziwo – okazało się nie należeć wcale do obserwowanej linii komórkowej – ewidentnie komórki nowotworowe przejęły je od swoich mysich gospodarzy. I chyba nie tylko DNA. Poszły w ruch mikroskopy, poszły w ruch inne techniki badawcze. Przerzutowe komórki nie tylko dysponowały mitochondriami odmiennymi morfologicznie od tych pierwotnych, zubożonych i niefunkcjonalnych, o spłaszczonych grzebieniach, ale też tych starych i wadliwych mitochondriów wręcz aktywnie się pozbywały, trawiąc je w procesie zwanym mitofagią. A że nie znamy mechanizmów, który pozwoliłyby komórkom “ukraść” samo tylko DNA i przetransportować je bezpiecznie przez tak błony komórkowe, jak i mitochondrialne, jak i przez wypełniającą komórki cytoplazmę, pozostaje jedno rozwiązanie tej zagwozdki – komórki nowotworowe muszą być w stanie przejmować całe mitochondria od komórek tkanek, wśród których się zagnieżdżają. Nie jest jeszcze całkiem pewne jak, nie wiadomo czy komórki nowotworowe podłączają się do swoich dawczyń wypustkami i uprowadzają potrzebne organella tak utworzonymi kanałami cytoplazmatycznymi, czy może inwazyjne komórki skłaniają jakoś komórki gospodarza do wydzielenia pęcherzyków błonowych i podania sobie mitochondriów niczym na tacy, czy też wreszcie zachodzą jakieś inne formy kontaktu, wiemy jednak, że mitochondria są przejmowane i bez większych trudności użytkowane.

Choć brzmi to nieco niesamowicie, nie jest zjawiskiem całkiem dla nauki nowym. Już kilka lat temu udało się zaobserwować podobny proces in vitro, w 2011 pojawił się raport sugerujący, że mało znany, nietypowy, bo zaraźliwy, psi nowotwór, mięsak zakaźny (ang. Canine transmissible venereal tumor, CTVT) wydawał się podkradać mitochondria swoim psim gospodarzom. Wygląda jednak na to, że ten dotąd mało poznany proces może bardziej niż dotychczas podejrzewano wpływać na mechanizmy rozwoju chorób nowotworowych. A że nowotwory są wiecznie przyciągającym uwagę nie tylko nauki, ale i opinii publicznej tematem badawczym, można się spodziewać, że proceder porywania mitochondriów nie ulegnie zapomnieniu i niejednokrotnie powróci jeszcze na naukowe salony.

Literatura:

Mitochondrial genome acquisition restores respiratory function and tumorigenic potential of cancer cells without mitochondrial DNA. AS Tan, JW Baty, LF Dong, A Bezawork-Geleta, B Endaya, J Goodwin, M Bajzikova, J Kovarova, M Peterka, B Yan, EA Pesdar, M Sobol, A Filimonenko, S Stuart, M Vondrusova, K Kluckova, K Sachaphibulkij, J Rohlena, P Hozak, J Truksa, D Eccles, LM Haupt, LR Griffiths, J Neuzil, MV Berridge; Cell Metabolism 2015; 21 (1): 81-94

Essential Role for Oxidative Phosphorylation in Cancer Progression. MC Maiuri, G Kroemer; Cell Metabolism 2015; 21 (1): 11-12

The mitochondria thief. MT Villanueva; Nature Reviews Cancer 2015; 15,70–71

Mitochondrial transfer between cells can rescue aerobic respiration. JL Spees, SD Olson, MJ Whitney, DJ Prockop. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2006;103(5):1283-1288

Tekst ukazał się po raz pierwszy na blogu Autorki.

Paulina Łopatniuk

Lekarka ze specjalizacją z patomorfologii, pasjonatka popularyzacji nauki, współtwórczyni strony poświęconej nowinkom naukowym Nauka głupcze, ateistka, feministka. Prowadzi blog naukowy Patolodzy na klatce.