Rákenergetika

A glükóz energiatermelésének két módja van: oxigénnel, ez az aerob légzés, vagy oxigén nélkül, ez az anaerob légzés. A nagyobb hatékonyság miatt, a normális sejtek az aerob módszert használják, ha elegendő oxigén áll a rendelkezésre. Oxigén nélkül, például intenzív testmozgás során, a normális sejteknek az anaerob módszerhez kell folyamodniuk. A keletkező tejsav okozza ilyenkor az izomlázat.

A sejtek működéséhez szükséges energiát az ATP (adenozin-trifoszfát) molekula tárolja, melyet glükózból termelnek a sejtek. Az energiatermelésnek két módja van. Ha van oxigén, akkor az oxidatív foszforizációnak (OxPhos) nevezett kémiai folyamat megy végbe a sejt mitokondriumában, ami a glükóz és az oxigén elégetésével harminchat ATP molekulát termel, valamint egy hulladékterméket, széndioxidot, amelyet kilélegzünk. Ha nem áll rendelkezésre elegendő oxigén, a sejt a glükózt a glikolízisnek nevezett erjedési folyamat segítségével égeti el a citoplazmában, melynek során csak két ATP molekula keletkezik, valamint egy hulladékanyag a tejsav.

 Ha elegendő oxigén áll a rendelkezésre, a normális sejtek az OxPhos módszert használják, mivel így tizennyolcszor több energiát lehet előállítani. Mit tesz Isten, valami különös oknál fogva, a rákos sejtek a kevésbé hatékony glikolitikus útvonalat használják, még a megfelelő mennyiségű oxigén jelenlétében is!

 A rákos sejtek folyamatosan növekednek és mozognak, ehhez rengeteg energiára van szükségük, miért válasszák mégis az energia kinyerésének kevésbé hatékony módját? A rákos sejtek általában normális mitokondriummal rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy akár vissza is tudnának váltani az oxidatív energianyerésre, szükség esetén (1).

Tehát a rákos sejtek nem kényszerülnek a glikolízis használatára, hanem azt választják! Miért? A válasz megdöbbentő. A glikolízis kevésbé hatékonyan ugyan, de gyorsabban termel energiát. Amíg a normális sejtek egy glükózt 36 ATP-vé metabolizálnak, addig a rákos sejtek tizenegy glükózmolekulát huszonkét ATP-vé és huszonkét tejsavvá metabolizálnak. Mivel a tejsav egy az egyben átalakítható ATP-vé, a rákos sejt így összesen 44 ATP-t termel, bár ehhez tízszer több glükózra van szükségük.  Ennek ellensúlyozására viszont sokkal több glükóz transzportert (GLUTI receptort) expresszálnak a felszínükön (2).

De a sejteknek a növekedéshez nem csak energiára van szükségük, hanem alapvető építőelemekre is. Az oxidatív eljárás tiszta energiát termel, a glükózban levő szénhidrogének nagy része energiává metabolizálódik, csak szén-dioxidot hagy maga után, amit kilélegzünk. A glikolízis során viszont a szénhidrogéneknek csak egy kis százaléka használódik energiatermelésre. A megmaradt szénhidrogének szén-építőelemekké metabolizálhatók, amelyekből új aminosavak és zsírsavak állíthatók elő. A glikolízis tehát jobban támogatja a gyors növekedést, mert energiát és anyagokat egyaránt biztosít (3).

 A rákos sejtek a glikolízis során tejsavat termelnek. Ezen kívül értékes energiát használnak arra, hogy szándékosan több savat állítsanak elő és pumpáljanak a környezetükbe, ami már amúgy is savas. A savasság hatalmas túlélési előnyt biztosít. Míg a normális sejtek a savas környezetben megsérülnek és jöhet az apoptózis vagy akár a rákos átalakulás, addig a rákos sejtek viszonylag jól tűrik a savasságot (4).  

A tejsav okozta károsodás egyben gyulladást is kivált, ami gátolja azokat az immunsejteket, amelyek a rákos sejteket célba veszik és normális körülmények között elpusztítanák. Ugyanakkor a maró savas környezet lebontja az extracelluláris mátrixot, a normális sejtek tartószerkezetét, ami lehetővé teszi, hogy a rákos sejt könnyebben behatoljon a szövetekbe, ami az áttételképződés fontos feltétele (5).

Okos, nagyon okos!  

_____________________________________

1. - Kimutatták, hogy a mitokondrium „újraéleszthető” laboratóriumi körülmények között tenyésztett emberi rákos sejtekben és patkányokban, egy DCA-nak (diklór-acetátnak) nevezett vegyszer segítségével. A ráksejtek olyan enzimet termelnek, amely leállítja a mitokondriumok működését. A DCA képes hatástalanítani ezt az enzimet. Amint ez megtörtént, a mitokondriumok akcióba lendülnek és megkezdik az oxidatív energiatermelést. Ezzel kedvező változások sorozata indult be. Az újraaktivált mitokondriumok elkezdenek hidrogén-peroxidot kibocsátani, ami blokkolja a tumort tápláló vérerek képződését, továbbá felfüggeszti azt a gátlást, ami megakadályozta, hogy a sejtek apoptózisa bekövetkezzen. A mitokondriumok nem károsodnak rák esetén, csupán a működésük áll le, és ha a sejteket sikerül visszaállítani a mitokondriumok használatára, a rák legyőzhetővé válhat.

2. - A pozitronemissziós tomográfia (PET) pont a rákos sejtek glükózérzékenységét használja ki. Radioaktívan megjelölt glükózt juttatnak a szervezetbe, majd időt adnak a sejteknek a felvételre. A PET képalkotó technológiája feltárja azokat a területeket, amelyek fokozottabban veszik fel a glükózt. Ezek a fényes pontok a rákos aktivitás bizonyítékai.

3. - Mivel a rák a zsúfolt környezetben versenyeznie kell az energiáért, ezért a növekedése szempontjából előnyös, ha többféle üzemanyagot is tud használni. Kimutatták, hogy a rák képes glutamint is metabolizálni. A glutamin a vérben a legnagyobb mennyiségben előforduló aminosav. Egyes rákos sejtek a normális glutaminmennyiség több mint tízszeresét is elfogyasszák! Pl. a limfóma, a vese- és hasnyálmirigyrák annyira függenek tőle, hogy nem is tudnak túlélni nélküle.

4. - A sejtek pusztulása nekrózis vagy apoptózis útján történik. A nekrózis akaratlan és kontrollálatlan sejthalál. Többnyire mechanikai hatásra (pl. tűszúrás), a sejt tartalma szétfröccsen, gyulladást okoz és a szervezet keményen megdolgozik, hogy eltakarítsa a maradékot.  Az apoptózis a szabályozott sejttörlés mechanizmusa.  Amikor egy normális sejt elöregszik, vagy úgy megsérül, hogy nem lehet megjavítani, egy programozott sejthalál folyamaton, - apoptózison - megy keresztül. A rákos sejtek ellenállnak az apoptózisnak, ami felborítja a sejtosztódás és sejthalál egyensúlyát és lehetővé teszi a szövet túlzott növekedését.

5. - Ahogy a daganat növekszik, az új rákos sejtek egyre távolabb kerülnek a fő vérellátástól, amely oxigént biztosít és a salakanyagokat eltávolítja. Ebben a hipoxiás zónában, a túlélésért folytatott küzdelem erős evolúciós szelekciós nyomást gyakorol. A túléléshez alig elegendő oxigént kapó sejtek aktiválják a HIF (hipoxia indukálta faktor) nevű enzimet. A HIF serkenti az új erek növekedését, ami lehetővé teszi, hogy a daganat nagyobbra nőjön. De zen kívül a HIF egyéb dolgokat is művel! Megkönnyíti, hogy a helyhez kötött sejtek mozgékonyabbá váljanak, mert megszakítja a sejteket rögzítő adhéziós molekulákat és lebontja a sejteket bizonyos területekre korlátozó alapmembránokat. Átprogramozza a sejt anyagcseréjét a glikolízis irányába. Növeli a sejtek glükózreceptorainak a kifejeződését (megsokszorozza a számukat kb. 2,5-szer), ugyanakkor csökkenti az új mitokondriumok szaporodását, ami elengedhetetlen az oxidatív energiaelőállításhoz. Ezek a változások javítják a túlélést alacsony oxigéntartalmú környezetben.