Клетки рака молочной железы повторно используют аммиак, являющийся отходом клеточного метаболизма, в качестве источника азота, необходимого для роста опухоли — к такому выводу в ходе новой работы пришли ученые Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School), США. Результаты исследования опубликованы в журнале «Science». Авторы подчеркнули, что полученные выводы позволяют по-новому посмотреть на роль аммиака в онкогенезе. Возможно, они станут основой для разработки новых терапевтических стратегий, направленных на замедление роста опухолей.
Быстро растущие клетки, в частности, раковые клетки, потребляют большое количество питательных веществ и выделяют избыток метаболических отходов. Одним из таких отходов является аммиак. Образовываясь в здоровых клетках, он транспортируется в печень, где метаболизируется в менее токсичные вещества и выводится с организма с мочой. Важным отличием здоровых тканей от опухолевых является небольшое количество кровеносных сосудов в последних. Это создает благоприятные условия для аккумулирования аммиака в концентрациях, которые были бы губительны для здоровых клеток.
В ходе данного исследования ученые изучали особенности жизнедеятельности опухолевых клеток при повышенной концентрации аммиака. Для этого они помечали атомы азота в глютамине. В процессе клеточного метаболизма глютамин расщепляется до аммиака, а меченый азот выделяется в виде побочного продукта. Исследователи оценивали более 200 различных клеточных метаболитов в клетках рака молочной железы и в опухолях человека, пересаженных лабораторным мышам. Ученые заметили, что пролиферация культивируемых клеток рака молочной железы значительно ускоряется в присутствии аммиака, а супрессия его синтеза, наоборот, приводит к замедлению роста опухоли. Раковые клетки интенсивно включали аммиак в процессы обмена веществ, прежде всего он становился источником азота для аминокислоты глутаминовой кислоты, являющего основой белка. Около 20% клеточного пула глутаминовой кислоты содержали остатки переработанного аммиака.
Исследователи обратили внимание, что чем выше создавалась концентрация аммиака, тем интенсивней шел процесс роста опухоли. Так, клетки, подвергавшиеся воздействию аммиака, удваивались на 7 ч раньше, чем выращенные без данного соединения. Оценивая рост опухолевых клеток в методе 3D-культуры, при котором клетки могут делиться во всех направлениях, как это и происходит внутри организма, ученые заметили, что доступ аммиака приводит к увеличению количества клеток и площади поверхности клеточных кластеров на 50%.
При оценке интенсивности роста опухолей человека, пересаженных лабораторным мышам, авторы работы определили, что аммиак оказывает на этот процесс значимое влияние. Доказательством этого служит то, что блокирование фермента глутамат-дегидрогеназы, участвующего в биохимических реакциях включения аммиака в белковые структуры, значительно замедляет распространение опухоли.
Автор работы доктор Марсиа Хайгис (Marcia Haigis) отметила, что в нормальных условиях аммиак является продуктом клеточного метаболизма, который быстро выводится из организма вследствие его высокой токсичности. Но, как оказалось, для раковых клеток он не только безвреден, но и может быть использован для питания опухоли. Она подчеркнула, что в ходе работы получены данные о том, что подавление обмена аммиака приводит к замедлению роста опухоли. Возможно, основой новой рациональной стратегии для лечения пациентов с онкологическими заболеваниями станет поиск методов эффективного ингибирования синтеза аммиака и его обратного включения в процессы метаболизма.
- Harvard Medical School (2017) Breast cancer cells recycle their own ammonia waste as fuel: Repressing ammonia metabolism stunts tumor growth in mice, findings may inform design of new therapies. ScienceDaily, Oct. 19 (http://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171019101016.htm).
- Spinelli J.B., Yoon H., Ringel A.E. et al. (2017) Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass. Science, Oct. 12 [Epub. ahead of print].
Юлия Котикович
