envelopinfo@asea.com.uaphone38 050 526 52 38

Рак - це редокс хвороба

Два протилежні підходи до терапії раку

Ми програємо війну з раком, бо орієнтовані на конкретні мутації гена раку, які не працюють, і з поважних причин. Мутації не тільки різноманітні, вони відрізняються між окремими особами та між частинами всередині однієї пухлини, ракові клітини швидко стають стійкими до нових ліків.

Зростає усвідомлення того, що рак не є насамперед генетичним захворюванням, а епігенетичною реакцією на хронічний стрес. Резервування в різних сигнальних шляхах означає, що багато різних «адаптивних» мутацій можуть дозволити клітинам вижити і розмножуватися, що спричиняє їх до злоякісного перетворення.

Одним з підходів до терапії раку є розрекламована "персоналізована медицина", яка створює ліки до ключових генів, в яких щось пішло не так. Але генетична гетерогенність створює значну, якщо не нездоланну перешкоду.

Інший підхід - націлювання на найбільш загальну характеристику ракових клітин та пухлин, що відрізняється від нормальних клітин, і він стає популярним. Ракові клітини зазвичай мають ненормальний енергетичний обмін, що спонукало деяких дослідників припускати, що рак є метаболічним захворюванням.

Проте, все більше науковців починають називати рак редокс-хворобою, як пояснюється пізніше, щоб відрізнити його від звичайних "вроджених помилок метаболізму", що підтвердила гіпотезу "одного гена одного ферменту" біохімічної генетики.

Рак - мітохондріальна хвороба

Аномальний енергетичний обмін ракових клітин був виявлений німецьким фізіологом Отто Генріхом Варбургом у 1920-х роках. Нормальні клітини отримують енергію, розщеплюючи 6-вуглецеву молекулу глюкози на дві молекули 3-вуглецевого пірувату в серії реакцій, що називається гліколіз. Гліколіз не потребує кисню, але реакції окислення в мітохондріях мають необхідність в ньому.

Однак клітини раку значною мірою залежать від гліколізу, щоб отримати енергію, навіть якщо є багато кисню. Це явище - аеробний гліколіз, згодом відомий, як ефект Варбурга, спонукав Варбурга запропонувати, що мітохондріальна дисфункція була основною причиною раку.

Оскільки гліколіз є набагато менш ефективним у видобутку енергії з глюкози, ракові клітини є ненажерливими глюкозою, і саме так пухлини виявляються позитронно-емісійною томографією (ПЕТ), при якій вимірювання поглинання глюкози здійснюється за допомогою радіоактивного аналога - флуодеоксиглюкози.

Аеробний гліколіз є надійною ознакою більшості пухлин; це передбачає високий рівень поглинання глюкози з виробництвом лактату в присутності кисню, а лактат є побічним продуктом пірувату, навіть у тих ракових клітинах, які мають робочі мітохондрії. Причиною, здається, є те, що ракові клітини потребують гліколізу, щоб генерувати вуглецеві скелети для синтезу білків та нуклеїнових кислот для підтримки швидкої проліферації клітин; а блокування гліколізу очевидно гальмує ракові клітини (хоча це також вплине і на звичайні клітини).

Ідея Варбурга перейшла у непривабливу точку зору раку, як метаболічного захворювання і поступово змінилася іншою, де рак виступав, як генетичне захворювання, викликане мутаціями у конкретних генах, пов'язаних з раком, або онкогенах.

В останні роки ідея про те, що рак - метаболічне захворювання, знову стає модним. Деякі коментатори зауважують, що "молекулярна біологія повторно відкриває біохімію".

Рак - це хвороба електронного енергетичного дисбалансу, а електронна енергія - це життєвий потік, що оживляє клітини та організми, як і батько біохімії Альберт Сент-Джорджи виявив три чверті століття тому.

Життя - це електронний потік

У своїх публікаціях, які вперше вийшли в 1993р Доктор Ма-Ван Хо представив теоретичні та емпіричні докази квантової електродинамічної природи організмів. Організм заряджається електронами (і протонами), що протікають через рідкокристалічну матрицю, яка поширюється всередину кожної окремої клітини. Переміщенням електронів між хімічними видами є зменшення (відновлення) (для акцептора електронів) і окислення (для електронного донора). Відновлення і окислення завжди йдуть разом, тому їх можна назвати "редокс" реакції (з англ. reduction and oxidation). Редокс-реакції є серцем перетворення енергії в живих організмах. Електрони рухаються відповідно до потенціалу відновлення (також називають редокс-потенціалом), спорідненісті речовини для електронів. Редокс-потенціал для кожної речовини порівнюється з показником водню, який за стандартними умовами 25 °С, 1атм та 1М концентрації прирівнюється нуля.

Речовини, що мають позитивні окисно-відновні потенціали, приймають електрони з водню, відновлюючись, тоді як речовини, що мають негативні окисно-відновні потенціали, віддають електрони водню, окислюючись.

Для того, щоб оцінити окисно-відновну теорію раку, ми повинні розуміти основні метаболічні реакції, характерні для організмів.

Енергетичний метаболізм в клітинах тварин

Усі повітрянодихальні тварини, включаючи людину, залежать від кисню, щоб витягувати енергію з їжі в універсальному наборі основних метаболічних реакцій (рис. 1). Глюкоза з 6-вуглецевою молекулою активується АТФ та ферментом гексокінази і розщеплюється по ряду гліколітичних реакцій, кожен з яких каталізується за допомогою певного ферменту, у два 3-карбонових пірувати, що відбуваються в цитоплазмі, і не потребують кисню. Подальший метаболізм пірувату, як правило, відбувається в мітохондріях, в яких піруват спочатку окислюється ферментативним комплексом піруватдегідрогенази і перетворюється на два вуглецевих фрагмента, приєднаних до коферменту А (ацетил-КоА) з виділенням СО2 та води. Ацетил-КоА входить у цикл лимонної кислоти, де він остаточно окислюється в подальші молекули CO2 і води, що породжує відновлені електронні носії. Відновлені електронні носії рухають електрони вниз по окислювальному електронному транспортному ланцюгу (ЕТС [electron transport chain]), а виділена енергія виділяється для утворення АТФ (аденозинтрифосфату) - універсальної енергії проміжного продукту в живих клітинах.

Окислення глюкози в вуглекислий газ і воду - це дихання, зворотне фотосинтезу в зелених рослинах, водоростях та синьозелених бактеріях. Фотосинтез захоплює енергію від сонячного світла, щоб "виправити" або зменшити діоксид вуглецю з атмосфери у вуглеводи (глюкозу), використовуючи електрони (і протони), отримані шляхом розщеплення води, звільняючи, в процесі, кисень назад в атмосферу.

Розщеплення води та реформування - це редокс динамо-машина, магічна карусель, яка практично створює життя з неживих речовин.

Енергетичний обмін у нормальних клітинах тварин

Рис. 1 Енергетичний обмін у нормальних клітинах тварин

Мітохондрії - це спеціальні мембранні органели, які слугують "енергетичними станціями" в клітині (рис. 2). Мітохондрія має зовнішню мембрану, що оточує всю структуру, і багато-складену внутрішню мембрану, яка вкриває матрицю, виділяючи в неї численні тонкі пластинчасті складки або криштали. Між цими двома мембранами знаходиться лабіринтний міжмембранний простір. Кожна мітохондрія також має від 5 до 10 кругових молекул мітохондріальної ДНК, які відтворюються та успадковуються незалежно від генома клітини.

Електронна мікрофотографія мітохондрії в клітині підшлункової залози кажанів

Рис. 2 Електронна мікрофотографія мітохондрії в клітині підшлункової залози кажанів.

Зовнішня мембрана мітохондрії містить безліч комплексів інтегральних мембранних білків, які утворюють канали через мембрану, де різні молекули можуть переміщатись і виходити з мітохондрії. Внутрішня мембрана містить 5 комплексів інтегральних мембранних білків окислювального електронного транспортного ланцюга: NADH дегідрогенази (комплекс І), сукцинатдегідрогеназа (комплекс II), цитохром-редуктаза (комплекс III), цитохромоксидаза (комплекс IV) та синтетат АТР ( Комплекс V) (див. Рис. 3).

Діаграма окислювального електронного транспортного ланцюга в мітохондрії

Рис.3 Діаграма окислювального електронного транспортного ланцюга в мітохондрії

Матриця мітохондрії містить суміш ферментів, які каталізують цикл лимонної кислоти (також називають циклом Кребса, після того, як її відкрив британський біохімік Ганс Кребс). Цикл лимонної кислоти виробляє електронних донорів NADH (нікотинамід аденіндинуклеотид) та FADH2 (флавіновий адениндинуклеотид), які вводяться в електронний транспортний ланцюжок (ETЛ). Транспортування електрона по ETЛ пов'язане з транспортуванням протонів H+ через внутрішню мембрану в межмембранний простір (рис. 3), що призводить до типово негативного мітохондріального потенціалу (Dym) в матриці через внутрішню мембрану (оскільки протони позитивно заряджені). Протони повертаються в матрицю через АТФ-синтазу, внаслідок чого відбувається синтез АТФ з АДФ (аденозиндифосфат) та Фн (неорганічний фосфат). Це окисне фосфорилювання абсолютно необхідне для життя всіх дихальних тварин. Більша частина АТФ виробляється окисним фосфорилюванням в мітохондріях. Повне окислення глюкози породжує 36 молекул АТФ, з яких 32 виділяються в мітохондріях, і лише 4 - шляхом гліколізу в цитоплазмі.

Проте гліколітичні реакції проходять значно швидше. Оцінюється, що в той час, коли мітохондрія виробляє 36 молекул з однієї глюкози, інші 10 молекул глюкози перетворюються на лактат з утворенням 20 додаткових молекул АТФ в раковій клітині, в результаті чого утворюється в цілому 56 молекул АТФ в порівнянні з 36 в нормальній клітині.

Аномальні мітохондрії у ракових клітинах

Ракові клітини не тільки виявляють аеробний гліколіз, вони є опором апоптозу (клітинне самогубство), доля, яка, як правило, чекає на клітини з дисфункціональними мітохондріями. Таким чином, виявляється, що аеробний гліколіз та апоптоз пов'язані між собою.

Євангелос Мічелакіс та його команда в Альбертському університеті в Канаді були першими, хто зазначив, що аеробний гліколіз та апоптоз зустрічаються в мітохондріях. Вони продемонстрували чудовий терапевтичний потенціал дешевого легкодоступного хімічного дихлорацетату (DCA), який відновлював діяльність ферменту для окислення в мітохондріях, піруватдегідрогенази, і в результаті ракові клітини покінчили життя самогубством і пухлини людини, що виростала у схильних до раку щурів. Ми будемо детально дивитись на його результати, оскільки вони мають відношення до нашого розуміння раку, як редокс-хвороби.

Зв'язок між гліколізом та апоптозом очевидна, тому, що багато гліколітичних ферментів також регулюють апоптоз, тоді як декілька онкопротеїнів індукують експресію гліколітичних ферментів. Ця мережа кругової причинності - це те, що можна було очікувати, як наслідок генома рідини, що також робить терапевтичні втручання, засновані на одиночних молекулярних мішенях, які часто є неефективними, якщо не призводять до побічних ефектів.

Білок Akt, наприклад, стимулює гліколіз та індукує стійкість до апоптозу, а також активує гексокіназ, фермент, який каталізує перший і незворотний крок у гліколізу (див. Рис.1), в якому глюкоза фосфорилюється АТФ до глюкозо-6-фосфату. Akt індукує транслокацію гексокінази, яка зазвичай проживає в цитоплазмі, - до мітохондріальної мембрани через його послідовного посередника, глікогенсинтази кінази 3 (GSK3). У мітохондріальній мембрані гексокіназа зв'язується з напруго-залежним аніонним каналом (VDAC), важливою частиною мітохондріальної транзиторної пори, яка контролює проникність мітохондрій до малих гідрофільних молекул. Це пригнічує апоптоз, імовірно, роблячи мітохондріальну мембрану герметичною. Пригнічення GSK3 у ракових клітинах припускає, що гексокіназа відключається від VDAC, роблячи мітохондрії проникними для малих молекул, тим самим спонукаючи апоптоз і збільшуючи чутливість до хіміотерапії.

Це дало можливість команді Міхелакіса припустити, що, можливо, метаболічний фенотип при раку обумовлений ремоделюванням мітохондрій, який пригнічує (або порушує) окисне фосфорилювання, покращує гліколіз і зупиняє апоптоз.

Згідно з цією гіпотезою спостерігається, що ракові клітинні лінії мають більше гіперполяризованого мітохондріального мембранного потенціалу (більш негативні порівняно з зовнішнім). Ракові клітини також відносно дефіцитні в потенціалзалежних K+ (Kv) каналах клітинної мембрани (канали для K+ відкриваються лише, якщо електричний потенціал перевищує порогове значення). Відомо, що дефіцит каналу K+ пригнічує апоптоз у кількох типах клітин, включаючи ракові клітини.

Ракові клітини мають гіперполяризовані мітохондрії

Гіперполяризований (більш негативний, ніж зазвичай) мітохондріальний електричний потенціал Dym був пов'язаний з злоякісними перетвореннями з 1980-х років. Пухлинні клітини, як правило, є дуже неоднорідними, і в межах популяції пухлинних клітин є незначні субпопуляції зі стабільними відмінностями в Dym, що виживають при клонуванні клітин. Клітини з високим вмістом Dymа, як правило, мають знижену чутливість до хіміопротекторних агентів та підвищену секрецію VEGF (фактор росту судин ендотелію, що сприяє зростанню кровоносних судин), а також у метастатичних пухлинах, але не в не-метастатичних пухлинах, корелює з інвазивним потенціалом.

Проте механізми, що беруть участь у створенні та підтримці різниці в Dym, незрозумілі, вони можуть відображати зміни в складі мітохондріальних мембран, модуляції в експресії мітохондріальних цільових ядерних генів або збагачення у певній мітохондріальній популяції.

Наслідки дії DCA

Лікування за допомогою DCA (дихлорацетат натрію) знижувало гіперполяризований мітохондріальний потенціал до нормального рівня, що супроводжувалося зменшенням росту пухлинних клітин in vitro та in vivo, як повідомлялося.

Мітохондріальні потенціали в трьох людських ракових клітинних лініях: A549 (недрібноклітинний рак легень), M059K (гліобластома) і MCF-7 (рак молочної залози) порівнювали зі здоровими, не раковими лініями клітин людини: дрібними епітеліальними клітинами дихальних шляхів (SAEC), фібробластами і гладком'язовими клітинами легеневої артерії (PASMC). Усі ракові клітинні лінії мали значно більше гіперполяризованого мітохондріального потенціалу в порівнянні з нормальними клітинами, що вимірювалось збільшенням флуоресценції потенційно чутливого метилового ефіру тетраметил родамину TMRM. Інкубація всіх трьох типів ракових клітин за допомогою DCA повернула гіперполяризацію та вернула її до рівня нормальних клітин через 48 год. Але на нормальні клітини це не вплинуло. Дія DCA на мітохондріальний електричний потенціал відбулася швидко, 5-10 хв, і була дозалежною.

DCA-індуковане зниження електричного потенціалу мітохондрій було обмежено інгібітором VDAC; вказуючи на те, що транспортування з мітохондрій є важливим для відповіді DCA. Згідно з цією гіпотезою, DCA викликало витік проапоптотичних факторів з мітохондрій, а також збільшення продуктивності активних форм кисню (див. нижче). У непролікований клітинах A549 цитохром c та фактор індукції проапоптозу (AIF) обмежувався мітохондріями. Але у клітинах, оброблених DCA, цитохром c був дифузно присутній в цитоплазмі, а AIF транслювали до ядра, що свідчить про апоптоз.

Крім того, DCA підвищив окислення глюкози на 23% і одночасно пригнічував гліколіз та окислення жирних кислот у клітинах A549. Після 48 годин лікування DCA, рівень позаклітинного лактату знижувався, тоді як рН збільшувався у клітинах A549 у порівнянні з непролікованими клітинами.

Мітохондрія активних форм кисню та DCA

Активні форми кисню (ROS) - це невеликі молекули, що містять кисень, більш реактивний, ніж звичайний молекулярний кисень. ROS виробляються в мітохондріях, як проміжні продукти електронного транспорту.

Мітохондрія є основним джерелом ROS

У процесі окислювального фосфорилювання кисень скорочує один електрон одночасно в послідовності - кисень до супероксиду до пероксиду водню до гідроксильного радикалу, і, нарешті, вода:

 O2 → O2-· → H2O2 → ·OH → H2O

Всі, крім першого і останнього, мають неспарені електрони і дуже реактивні, отже вони називаються активними формами кисню (ROS). Таким чином, окисне фосфорилювання неминуче створює ROS як проміжні продукти, і мітохондрії вважаються основним джерелом ROS; первинний ROS є супероксидним аніоном, O2- ·. Це попередник усіх видів ROS, і in vivo він виробляється, як ферментативно NADPH оксидазами, так і ксантиноксидазами, і неферментативно, коли один електрон прямо переноситься на O2. Супероксидний аніон набуває протона, який перетворюється на гідропероксильний радикал (H O2-), після чого відбувається швидка перебудова (дисмутація) або спонтанно, або через реакцію, каталізуючу супероксиддисмутазами (СОД), для отримання пероксиду водню H2O2. H2O2 відносно стабільний і мембрано проникний; і може розповсюджуватися всередині клітини, щоб бути ліквідованим антиоксидантними системами в клітині або мітохондріями, такими як каталаза, глутатіон пероксидаза та тіоредоксин пероксидаза.

Є розбіжності щодо того, чи нормально функціональні мітохондрії фактично експортують ROS. Вважається, цілком можливо, що ROS виробляються лише внаслідок зменшеної когерентності в електронному транспорті, в результаті чого частково окислюються проміжні продукти, тому що саме з цього складається ROS. DCA збільшувала вироблення перекису водню ROS (H2O2) у дозозалежній формі від 25% при 0,05 mM DCA до 35% при 0,5 мМ DCA. Це збільшення було пригнічено ротеноном, що свідчить про залучення комплексу I електронного транспортного ланцюга, мабуть, у зворотному електронному транспорті через накопичення NADH, ще одної ознаки того, що мітохондріальний ETЛ не функціонує нормально у ракових клітинах. Відповідно до цієї гіпотези, спостереження про те, що ізольовані мітохондрії, що піддаються дії DCA, свідчать про підвищення рівня NADH в межах мітохондрій.

Одним з ускладнень є те, що ROS на нижчих рівнях, характерних для хронічного стресу та запалення, є "другим посланником" для проліферації клітин - схильністю до злоякісної трансформації - підтримуючи ідею про те, що рак є епігенетичним захворюванням. Проте свідчення, що пов'язують мітохондріальні ROS, мабуть, при більш високих концентраціях, до апоптозу однаково сильні.

Основні ROS, вироблені в мітохондріях, є H2O2. Якщо вона не виключена антиоксидантною системою клітини, її можна трансформувати до гідроксильного радикалу (·OH) у присутності іонів металу. ·OH є високореактивним і руйнівним. Описаний широкий діапазон мітохондріальних ROS-індукованих пошкоджень для білків, ліпідів та мітохондріальної ДНК. Ці пошкодження можуть призвести до енергетичної катастрофи.

Як описано командою Мічалакіса, головною мішенню ROS всередині мітохондрій є проникність перехідної пори, яка стає дуже провідною в присутності ROS, що дозволяє малим молекулам проходити в обох напрямках. Невеликі розчинні речовини наповнюють мітохондріальну матрицю уздовж її електрохімічних градієнтів (від високих концентрацій зовні до низьких концентрацій), розсіюють електрохімічний потенціал і індукують набряк мітохондріальної матриці, згодом розриваючи зовнішню мембрану, звільняючи цитохром c і фактор індукції проапоптозу (AIF) у цитоплазму, що приводить до апоптозу. Клітини використовують спеціальну форму аутофагії, мітофагії, для вибіркового усунення дефектних мітохондрій. Підвищення в клітинній ROS призводить до втрати мітохондріального мембранного потенціалу, що є спусковим гачком для мітофагії. Коли багато мітохондрій усуваються мітофагією, слідує апоптоз.

DCA та електрохімічні зміни

Підвищення продуктивності H2O2 раковими клітинами, що піддаються дії DCA, бере участь у активації замккнутих каналів K+, що містять напругу (Kv), у клітинній мембрані. Команда Мічалакіса показала, що лікування з DCA значно збільшувало потік K+ назовні у всіх ракових клітинах, але не в нормальних клітинах. Це збільшення зовнішнього струму K+, що супроводжується збільшенням експресії K+ каналу Kv1.5, призводить до гіперполяризації плазматичної мембрани (стає більш негативною); і заблокована внутрішньоклітинною каталазою, яка розщеплює H2O2, і ротеноном, який пригнічує комплекс I, який продукує H2O2.

У той же час DCA зменшував внутрішньоклітинний Ca2+, інгібуючи канали Ca2+ з напругою, тому клітини, оброблені DCA, мали нижчий рівень внутрішньоклітинних Ca2+ у порівнянні з клітинами, які не піддавалися лікуванню, це зменшення відбувалося протягом 5 хв і підтримувалось після 48 годин експозиції DCA. Ефекти на Са2+ були інгібовані ротеноном і імітацією H2O2, між іншим.

Вважається, що DCA зменшує внутрішньоклітинний Са2+ і збільшує експресію Kv1,5 шляхом інгібування NFAT (ядерний фактор активізованих Т-лімфоцитів). Як відомо, NFAT інгібує як апоптоз, так і експресію Kv1,5 в клітинах міокарда, і група встановила, що це також вірно в ракових клітинах. Збільшення внутрішньоклітинних Са2+ активізує кальцінерин, який дефосфорилює NFAT, що дозволяє перевести його в ядро, де він регулює транскрипцію генів. DCA-індукована активація Kv1.5 призводить до гіперполяризації клітинної мембрани, інгібуючи канали Са2+, що не мають напруги, отже, блокуючи збільшення внутрішньоклітинних Са2+ і інгібуючи NFAT.

DCA та апоптоз

Мічелакіс та його колеги виявили, що DCA збільшує експресію аннексину, викликає 6-кратне збільшення TUNEL-позитивних ядер та активує як каспазу 3, так і 9 у клітинах А549. Термінал дезоксинуклеотилтрансферази dUTP ("TUNEL") є методом виявлення фрагментації ДНК шляхом маркування термінального кінця нуклеїнових кислот.

DCA, схоже, усуває високо проліферативні клітини, індукуючи апоптоз і зменшуючи внутрішньоклітинний рівень Са2+. Він також знижує проліферацію клітин, як вимірюється шляхом включення BrdU (бромдезоксиуридин) та експресії проліферуючих клітинних ядерних антигенів (PCNA). Крім того, DCA знизив експресію сурфівіну, мітотичного індикатора.

DCA індукує апоптоз ракових клітин двома шляхами, один в мітохондріях, де деполяризація активізує мітохондрій-залежний апоптоз, а інший - в клітинній мембрані, де регуляція каналів Kv1.5 зменшує K+, активізуючи каспази. Мітохондріальний компонент вважається більш важливим, оскільки інші фактори та маніпуляції для доставки цитоплазматичної складової апоптозу не призводять до ступеня апоптозу, індукованого DCA.

Ці дані, на додаток до демонстрації здатності DCA скоротити пухлини людського ксенотрансплантату на щурах та гліобластоми у людей, підтверджують гіпотезу Варбурга про те, що рак є захворюванням, що спричиняє порушення мітохондріальних процесів; але, мабуть, не в оригінальній формі, оскільки Варбург вважав, що мітохондріальні були абсолютно неактивними.

Редокс дисбаланс у ракових клітинах

Не дуже багато уваги було приділено електронному стану клітини або його органел до недавнього часу, коли з'явилися доступні чутливі до напруги фарби. Це зробило набагато простішим вимірювання електричного потенціалу клітин і органел. В результаті дослідники виявили, що електричний потенціал клітини визначає її життєвий стану, від поділу клітин і формування шару до диференціації, регенерації та раку. Це повністю узгоджується з квантовою електродинамічною природою життя.

Насправді, з 1950-х років було відомо, що потенціал клітинної мембрани, виміряний мікроелектродами, коливається в межах клітинного циклу. Типи клітин з дуже високими потенціалами спокою, такими як м'язові клітини та нейрони, показують мало, якщо є тенденція до поділу, тоді як зниження потенціалу мембран відбувається після злоякісного перетворення. У 1970-х роках Кларенс Д. Конус-молодший індукував синтез ДНК і мітоз у повністю диференційованих нейронах з центральної нервової системи, використовуючи різноманітні агенти, які деполяризували клітинну мембрану (зробив це менш негативним). У 1990-х рр. електричні вимірювання потенціалу ділянок шкіри над злоякісними пухлинами грудей давали електропозитивні показання, кореляційні з підвищеною деполяризацією в мембранному потенціалі ракових клітин і тканин у порівнянні з нормальними клітинами або нераковими клітинами.

Інша відома ознака редокс-дисбалансу в ракових клітинах - це гіперполяризовані мітохондрії

Додаткові свідчення тепер випливають з прямих вимірів редокс-станів. Редокс-пар клітини NADH/NAD+ (нікотинамід аденіндинуклеотид), NADPH/NADP+ (нікотинамід аденіндинуклеотид фосфат) і GSH/GSSG (глутатіон). Відношення відновлених до окислених форм відображає окислювально-відновний стан клітини. Наприклад, при нестримних умовах в культурі астроцитів (клітини головного мозку, які контролюють кровообіг до нейронів), пара NADH/NAD+ переважно перебуває в окисленому стані, щоб прийняти електрони, отримані під час гліколізу в реакції гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогенази (GAPDH) (див. рис. 1). На відміну від цього, окисно-відновна пара NADPH/NADP+ зберігається у більш пониженому стані, щоб забезпечити електрони для редуктивного біосинтезу, тоді як концентрація GSH сильно перевищує концентрацію GSSG для підтримки ефективної антиоксидантної оборони. Ці співвідношення окисно-відновних пар у культивованих астроцитах аналогічні тим, що описані для мозку, і тісно пов'язані з метаболізмом та функціонуванням клітин.

Тиоредоксин - це клас малих окислюючих білків, присутніх у всіх організмах, які діють як антиоксиданти з функціями редокс-сигналізації, - це, як вважають, інтегрує загальний окисно-відновний стан клітини і є важливими для життя у ссавців. Дослідники з Школи медичного та громадського здоров'я Університету Вісконсін, штат Мейсон, США, вивчали рівні протеїни та окисно-відновні зміни тиоредоксину 1 (Trx1) у тканинах та клітинах культури передміхурової залози. Вони виявили більш ніж 4-кратне збільшення білка Trx1 в ядрі висококласних ракових клітин у порівнянні з нормальним контролем, а збільшення співвідносяться з прогресуванням раку. Білок також збільшувався в цитоплазмі приблизно в 2 рази. Незважаючи на підвищення рівня білка, оксидовані форми ядерного Trx1 були вищими в лініях раку передміхурової залози в порівнянні з їх доброякісними аналогами, що дозволяє припустити, що ядерний редокс-дисбаланс відбувся вибірково в ракових клітинах.

Trx1 має особливу роль у модуляції редокс-сигналізації з різними ядерними і цитоплазматичними пулами, кожна з яких виконує різні функції. У ядрі Trx1 взаємодіє з певними факторами транскрипції, щоб регулювати їх зв'язування з ДНК; До них відносяться p53 (реакція на апоптоз), ядерний фактор κB (NF-κB, задіяний у запальній реакції) та ядерний фактор-подібний 2 (Nrf2, що бере участь у реакції антиоксиданта). У цитоплазмі Trx1 може регулювати апоптичні сигнальні регулюючі кінази. Відомо, що Trx1 також переміщається з цитоплазми до ядра у відповідь на окисний стрес. Вибіркове окислення Trx1 може виникнути і було виявлено, як в ядрі, так і в цитоплазмі у відповідь на клітинні редокс-зміни. Збільшення експресії протеїну Trx1 було виявлено в кількох ракових тканинах та клітинах лінії раку, а збільшення експресії Trx1 було пов'язане з вищим рівнем пухлини і було залучено у стійкість пухлинних клітин до певних хіміотерапій та агентів, що генерують ROS.

Висновок

Наявні дані свідчать, що ракові клітини більш окислені порівняно з нормальними; у них не вистачає електронів. Це узгоджується з іншими ознаками того, що рак є редокс-хворобою, станом електронного дисбалансу. Раціональна терапія та профілактика повинні починатися звідси.