Исследователи Йельского университета сделали открытие, которое меняет общепринятые представления о роли кислорода в росте опухолей — области исследований рака, которая интенсивно изучалась в последние годы.

Результаты, полученные в лаборатории Андре Левченко, профессора биомедицинской инженерии Джона К. Мэлоуна, опубликованы в журнале Cell Systems. Другими группами, сотрудничавшими в этом исследовании, руководили Чи В. Данг (Университет Джона Хопкинса) и Кшитиз (Университет Коннектикута).

Когда опухолям начинает не хватать кислорода, они могут включить индуцируемый гипоксией фактор (HIF-1alpha) - фактор транскрипции, который представляет собой белок, контролирующий активность генов. В результате активации HIF-1alpha экспрессия сотен генов может измениться и кардинально изменить поведение раковых клеток.

Хотя считается, что увеличение HIF-1alpha является устойчивым, новое исследование под руководством Левченко обнаружило, что уровни этой молекулы также могут многократно повышаться и падать в небольших группах клеток, особенно в областях с высокой плотностью клеток. Эффекты этого колебания глубоки, поскольку они позволяют раковым клеткам, испытывающим недостаток кислорода, возобновить деление и рост. Он также может стимулировать прораковые гены и ингибировать противораковые гены.

"Во многих отношениях это переопределяет очень фундаментальную версию того, как все происходит в учебниках", - сказал Левченко, который также является директором Йельского института системной биологии в Западном кампусе Йельского университета. "HIF-1alpha - это, без преувеличения, одна из ключевых молекул, на которые люди обращают внимание, когда изучают рак".

Кшитиз, доцент кафедры биомедицинской инженерии, сказал, что исследование раскрывает этот уникальный феномен и отвечает на несколько вопросов о раке, одновременно открывая новые направления научных исследований.

"Это масштабное сотрудничество между многими институтами, свидетельствующее о том, насколько глубокие научные вопросы требуют объединения многих видов экспертных знаний", - сказал он.

HIF-1alpha, по сути, действует как красный флаг, сигнализирующий о нехватке кислорода. "Это своего рода аварийный сигнал, говорящий клеткам: "Теперь нам нужно вести себя по-другому, потому что кислорода больше нет", - сказал Левченко. Он добавил, что это также может стимулировать рост клеток крови, которые могут косвенно восстанавливать уровень кислорода. "Это нечто, что действует одновременно как датчик и регулятор недостатка кислорода, и это существенно меняет почти все, что делают клетки".

Клетки, проявляющие колебательное поведение, были обнаружены с помощью различных флуоресцентных биосенсоров. Важно отметить, что исследователи обнаружили, что колебания в HIF-1alpha запускают определенные гены внутри клетки. Эти специфические для колебаний гены были богаты онкогенами, которые способствуют развитию рака. В то же время гены-супрессоры опухолей снизились.

"Это говорит нам о том, что существует особенно важное другое кинетическое или динамическое поведение, о существовании которого мы не подозревали, и, более того, имеет действительно важные последствия", - сказал он.

Обнаружение генов, специфичных к колебаниям, в опухолях может быть признаком агрессивно растущего рака, что может привести к появлению новых методов ранней диагностики. Левченко сказал, что фармакологические компании выразили заинтересованность в работе в качестве основы для новых диагностических тестов.