Mitokondrio (mitokondrio) on solun "energiatehdas". Mitokondriot sisältävät joukon geneettistä materiaalia, -- mitokondriaalista DNA:ta (mtDNA), joka on riippumaton ytimestä. Koska mitokondrioilla on tärkeä rooli energian homeostaasissa, mitokondrioiden häiriöt voivat johtaa useisiin sairauksiin, mukaan lukien kehityshäiriöt, hermo-lihassairaudet, aineenvaihduntataudit, syövän eteneminen ja niin edelleen.
Vaikka tiedemiehet ovat jo pitkään tienneet, että mitokondrioilla on ratkaiseva rooli syöpäsolujen aineenvaihdunnassa ja energiantuotannossa. Toistaiseksi tiedetään kuitenkin vähän mitokondrioverkoston rakenteellisen organisaation ja sen toiminnallisen bioenergeettisen aktiivisuuden välisestä suhteesta yleisellä kasvaintasolla.
Kalifornian yliopiston Los Angelesissa tutkijat julkaisivat äskettäin tutkimuspaperin Nature-lehdessä, jonka otsikkona on: Mitokondrioverkkojen spatiaalinen kartoitus ja bioenergetiikka keuhkosyövässä.
Tässä tutkimuksessa käytetään positroniemissiotomografiaa (PET) yhdistettynä elektronimikroskopiaan 3-ulotteisen superresoluutiokartan luomiseksi mitokondrioverkostosta geneettisesti muokatuissa hiiren keuhkokasvaimissa. Tutkimusryhmä käytti syväoppimisteknologiaa (Deep Learning) luokitellakseen kasvaimia mitokondrioiden aktiivisuuden ja muiden tekijöiden perusteella mitatakseen satojen solujen ja tuhansien mitokondrioiden mitokondriorakenteen koko kasvaimessa.
Tiimi tutki kahta pääalatyyppiä -- keuhkoadenokarsinoomasta (LUAD) ja keuhkojen levyepiteelisyövästä (LUSC) ei-pienisoluisessa keuhkosyövässä (NSCLC) ja tunnisti näiden kasvaimien mitokondrioverkostojen eri alaryhmiä. Tärkeää on, että he havaitsivat, että mitokondriot ovat usein järjestäytyneet lipidipisaroiden kanssa luomaan ainutlaatuisia subsellulaarisia rakenteita, jotka tukevat kasvainsolujen aineenvaihduntaa ja mitokondrioiden aktiivisuutta.
Mitokondriot ovat välttämättömiä syöpäsolujen aineenvaihdunnan ja bioenergiikan säätelylle muodostaen erittäin organisoituja verkostoja, joissa niiden sisä- ja ulkokalvorakenteet määräävät niiden bioenergeettisen kapasiteetin. Mitokondrioverkostojen rakenteellista organisaatiota ja niiden bioenergeettistä aktiivisuutta in vivo kuvaavat tutkimukset ovat kuitenkin rajallisia.
Tässä tutkimuksessa tutkimusryhmä käytti integroitua alustaa, joka koostui positroniemissiotomografiakuvauksesta, respirometriasta ja kolmiulotteisesta pyyhkäisylohkopinnan elektronimikroskopiasta mitokondrioverkoston ja ei-pienisoluisen keuhkosyövän bioenergeettisen fenotyypin in vivo rakenteelliseen ja toiminnalliseen analyysiin. (NSCLC).
Tutkimusryhmän tunnistamat erilaiset bioenergiafenotyypit ja metabolinen riippuvuus NSCLC-kasvaimissa ovat sopusoinnussa läsnä olevan mitokondrioverkoston erillisen rakenteellisen organisaation kanssa. Lisäksi tutkimus paljasti, että mitokondrioverkko on organisoitunut erillisiin alueisiin kasvainsoluissa.
Lipidipisaroita koskettavia ja niitä ympäröiviä pisaroita ympäröivä mitokondrioverkko löydettiin kasvaimista, joissa on korkea oksidatiivinen fosforylaatio ja rasvahappojen hapettumisnopeus. Kun taas kasvaimissa, joissa on alhainen oksidatiivinen fosforylaationopeus, korkea glukoosivirta säätelee mitokondrioiden perinukleaarista sijaintia, kiderakenteellista uudelleenmuotoilua ja mitokondrioiden hengityskapasiteettia. Nämä tulokset viittaavat siihen, että mitokondrioverkko on jaettu erillisiin alapopulaatioihin, jotka hallitsevat kasvainten bioenergeettistä kapasiteettia.
Tutkimusryhmä sanoo, että tutkimus edustaa ensimmäistä askelta korkearesoluutioisen kolmiulotteisen keuhkosyövän kartan luomisessa käyttämällä geneettisesti muokattua hiirimallia. Näiden karttojen avulla tutkimusryhmä on alkanut luoda edelleen rakenteellisia ja toiminnallisia karttoja keuhkokasvaimista, jotka voivat auttaa ymmärtämään, kuinka kasvainsolut järjestävät rakenteellisesti solurakenteitaan vasteena kasvaimen kasvun korkeille metabolisille vaatimuksille. Nämä havainnot tarjoavat myös avaintietoa mitokondrioiden toiminnasta syöpäsoluissa, mikä lupaa tarjota uutta tietoa ja parempia lähestymistapoja nykyisiin syövänhoitostrategioihin, samalla kun ne osoittavat uuden suunnan keuhkosyövän kohdistamiselle.
Tutkimuksen johtava kirjoittaja tohtori Han Mingqi sanoi, että tutkimuksessa löydettiin uutta keuhkosyövän aineenvaihduntavirrassa, mikä paljastaa, että keuhkosyövän solujen ravitsemukselliset mieltymykset voivat määräytyä niiden mitokondrioiden ja muiden organellien, joko glukoosin tai organellien, subsellulaarisen lokeroinnin perusteella. vapaita rasvahappoja. Tällä löydöllä on tärkeitä vaikutuksia tehokkaiden syövänvastaisten hoitojen kehittämiseen, jotka kohdistuvat kasvainspesifisiin ravitsemuksellisiin mieltymyksiin. Multimodaalisen kuvantamisen avulla voimme paljastaa tämän aiemmin tuntemattoman näkökohdan syövän aineenvaihduntaan, ja uskomme, että sitä voidaan soveltaa myös muihin syöpätyyppeihin, mikä tasoittaa tietä tämän alan lisätutkimukselle.
