Метаболизм сукцината влияет на развитие опухоли надпочечников

Сукцинатдегидрогеназа (СДГ) — один из ключевых ферментов цикла трикарбоновых кислот. Из-за мутаций в его гене, снижающих активность фермента, накапливается сукцинат и возникает метаболический дисбаланс в клетке. В результате ухудшается михондриальное дыхание и развивается эффект Варбурга — специфическое нарушение метаболизма раковых клеток. Кроме того, снижение активности СДГ запускает передачу сигналов, опосредованных Са2+ и активными формами кислорода (АФК). Все это приводит к прогрессированию опухоли, однако молекулярные основы этого процесса оставались не до конца понятными. В новой работе международная группа исследователей попытались ответить на этот вопрос.

Сначала ученые провели направленную делецию гена субъединицы В СДГ в клетках-предшественниках феохромоцитомы. Они выбрали клон с частичным нокаутом, что является наиболее точной моделью заболевания. В этих клетках увеличивалась скорость внеклеточного закисления, повышалась скорость потребления кислорода и снижалась митохондриальная функция, что соответствует метаболическому фенотипу феохромоцитомы.

Авторы также сравнили ток Са2+ в клетках с делецией в гене СДГ и клетках дикого типа. После индуцированного повышения уровня иона в клетках дикого типа он приходил в норму в течение пяти минут. В клетках с делецией в течение того же времени ток оставался неизменным, в результате возникал дисбаланс Са2+. Кроме того, в опытах с антагонистом сукцинат-зависимого рецептора SUCNR1 исследователи выяснили, что к дисбалансу Са2+ приводит именно сукцинат. Метаболит конститутивно активировал рецептор SUCNR1, и уровень Са2+ дестабилизировался.

Одним из ключевых эффекторов, активируемых Са2+, является кальпаин, поэтому исследователей также заинтересовал его уровень в клетках. С помощью методики флуоресцентного резонансного переноса энергии (fluorescence resonance energy transfer, FRET) они установили повышенную активность кальпаина в клетках с частичным нокаутом СДГ. Повышенными оказался и уровень субстрата кальпаина — р35, а также белка р25. При этом р35 и р25 являются кофакторами для Cdk5, гиперактивация которого может вызывать гибель нейронов или пролиферацию нейроэндокринных клеток.

О повышении активности активаторов Cdk5 говорили также данные от 84 пациентов, у которых экспрессия активаторов Cdk5 увеличивалась обратно пропорционально СДГ В. Схожие результаты были получены при сравнении иммуноблотинга клеток феохромоцитомы с нормальными, а также микрочипового анализа. При этом во всех случаях уровень Cdk5 оставался нормальным. По мнению авторов, это говорит о том, что аберрантная активация Cdk5 через p35/p25 может быть драйвером пролиферации клеток феохромоцитомы.

Для подтверждения этой теории были созданы трансгенные мыши, у которых можно было вызвать сверхэкспрессию р25 и моделировать развитие феохромоцитомы. Опухолевая ткань, полученная у таких мышей, была гистологически схожа с человеческой. Совпадали и некоторые клинические симптомы, такие как повышенное давление.

Так как Cdk5 является протеинкиназой, исследователи задались целью найти мишени, изменение в которых приводит к онкогенезу феохромоцитомы. Им оказалась АМФ-активируемая протеинкиназа (AMPK). АМРК регулирует гомеостаз клетки, обмен глюкозы, рост и пролиферацию. Аберрантная активация Cdk5 приводила к увеличению жизнеспособности и пролиферации клеток, а ее ингибирование — к снижению. Обработка ингибитором Cdk5 клеток с делецией гена СДГ также приводил к увеличению уровня маркеров старения и апоптоза и снижению маркера пролиферации, а также изменению биоэнергетики в сторону нормального фенотипа. Фенотипические эффекты соответствовали остановке клеточного цикла в фазе G1. Таким образом, ингибирование Cdk5 может лечь в основу новой терапии феохромоцитомы.

Данное исследование показывает, каким образом снижение функции СДГ приводит к изменению биоэнергетики и метаболизма клеток и влияет на прогрессирование феохромоцитомы. А также дает надежду на то, что ингибирование Cdk5, одного из ключевых участников данного каскада, может лечь в основу новой терапии опухоли.