Porywacze mitochondriów

File:Mitochondria, mammalian lung - TEM.jpg

Mitochondria, obraz w mikroskopie elektronowym; Louisa Howard, domena publiczna

Three mitochondria surrounded by cytoplasm

trzy wybarwione na niebiesko mitochondria (mikroskop elektronowy); Credit: Dr David Furness. Wellcome Images; CC BY-NC-ND 2.0

Mitochondria pełnią w naszych komórkach funkcję swoistych mikroelektrowni. Wędrują po całej komórce, podlegając nieustającym cyklom fragmentacji i fuzji i tworząc coś w rodzaju komórkowej sieci energetycznej. Zmieniają kształty i rozmiary, przeważnie jednak osiągając wielkość kilku mikrometrów i kształt podłużnych pęcherzyków wysłanych od wewnątrz grzebieniasto pofałdowaną błoną. Ten grzebień błonowy to zresztą podstawa ich funkcji. Tam właśnie rozmieszczone są kompleksy enzymatyczne, dzięki którym w procesach tzw. oddychania komórkowego (wskutek utleniania produktów rozkładu glukozy) “powstaje” energia upakowana w cegiełkach ATP (adenozynotrifosforanu). Jakkolwiek w komórkach pozbawionych mitochondriów (chociażby erytrocytach, czyli czerwonych krwinkach) ATP również jest produkowane, zachodzący poza mitochondriami proces glikolizy jest dużo mniej efektywną opcją, a wydajność to przecież nader istotna dla przeżycia kwestia.

Co w mitochondriach niezwykłe, to fakt, że posiadają własny, odrębny od tego znajdującego się w jądrze, podobny bakteryjnemu, genom. Nie jest to może szczególnie duży genom – obejmuje jedynie niewielką część genów niezbędnych do kodowania mitochondrialnych białek i RNA, ale nadal jest. Podobnie jest zresztą w roślinnych plastydach (m.in. chloroplastach – o chloroplastach na pewno słyszeliście), a wyjaśnienie akurat jest dość jasne. Zarówno chloroplasty, jak i mitochondria to goście z zewnątrz. Zgodnie z powszechnie obecnie akceptowaną teorią endosymbiozy organella (tak nazywamy wewnątrzkomórkowe struktury, takie komórkowe “narządy”) te pochodzą od niegdysiejszych wolno żyjących bakterii, które zasymilowały się ze swoimi gospodarzami do tego stopnia, że nawet część niezbędnych do ich poprawnego funkcjonowania genów “przeprowadziła” się do znajdującego się w jądrze materiału genetycznego komórki. Ale dość o mitochondriach jako takich.

…opisy ich samych i chorób z nimi związanych nie tylko zajmują całe rozdziały podręczników, ale wręcz całe książki…

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?

File:Mitochondrialne DNA pl.svg

Genom mitochondrialny człowieka; CC BY-SA 4.0; http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitochondrialne_DNA_pl.svg

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, “okaleczone” komórki 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.

Mitofagia – mitochondrium niszczone wewnątrz wewnątrzkomórkowego pęcherzyka trawiennego; G Mitou et al, CC BY 3.0; http://www.hindawi.com/journals/ijpg/2009/451357/

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.

https://i1.wp.com/www.archivesofpathology.org/na101/home/literatum/publisher/pinnacle/journals/content/arpa/2000/15432165-124.2/0003-9985%282000%29124%3C0287%3Amt%3E2.0.co%3B2/production/images/large/i1543-2165-124-2-287-f05.jpeg

Liczne mitochondria otaczają wewnątrzkomórkowe kropelki tłuszczu; G d’Amati et al; © 2010 College of American Pathologists z pozwoleniem na udostępnianie dla celów naukowych i edukacyjnych; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10656741

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

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s