科学者たちはがん細胞の隠れた動力源を発見した

この発見は、がん細胞が腫瘍の微小環境を這ったり、多孔質の血管に滑り込んだり、血流の衝撃に耐えたりするなど、複雑な機械的試練を乗り越える仕組みを説明するのに役立つ。このメカニズムの発見は、がん細胞が広がる前に固定する新たな戦略につながる可能性がある。

バルセロナのゲノム制御センター（CRG）の研究者らは、生きた細胞を幅わずか3ミクロン（人間の髪の毛の直径の約30分の1）に圧縮できる特殊な顕微鏡を使用してこの発見を行った。彼らは、圧迫されてから数秒以内に、HeLA 細胞のミトコンドリアが核の表面に急上昇し、細胞の分子エネルギー源である余分な ATP を送り込むことを観察しました。

「これにより、私たちは人体におけるミトコンドリアの役割を再考せざるを得なくなります。ミトコンドリアは細胞に電力を供給する静的なバッテリーではなく、細胞が文字通り限界まで追い込まれた緊急事態に呼び出される機敏な初期対応者のようなものです」と、この研究の共同著者であるサラ・スデルシ博士は言う。

ミトコンドリアは非常にきついハローを形成し、核は内側にへこみました。この現象は、閉じ込められた HeLa がん細胞の 84% で観察されましたが、浮遊した非圧縮細胞では事実上観察されませんでした。研究者らは、核関連ミトコンドリアの構造を「NAM」と呼んでいます。

NAMが何をしているのかを調べるために、研究者らはATPが核に入ると光る蛍光センサーを導入した。細胞が圧迫されてから 3 秒以内に、信号は約 60% 上昇しました。 「これは、細胞が菌株に適応し、代謝を再配線していることを示す明らかな兆候です」と、この研究の共同筆頭著者であるファビオ・ペッツァーノ博士は言う。

その後の実験により、電力サージがなぜ重要なのかが明らかになりました。機械的に絞ると DNA にストレスがかかり、DNA 鎖が切れ、ヒトゲノムがもつれます。細胞はATPを必要とする修復班に頼ってDNAを緩め、壊れた部位に到達して損傷を修復します。 ATPの追加ブーストを受けた圧搾細胞は数時間以内にDNAを修復したが、そうでない細胞は適切に分裂を停止した。

疾患との関連性を確認するために、研究者らは17人の患者から採取した乳房腫瘍の生検も検査した。 NAM ハローは、浸潤腫瘍前線の核の 5.4 パーセントに出現するのに対し、密集した腫瘍核では 1.8 パーセントに出現し、その差は 3 倍です。 「患者の生検でこの特徴を確認したことで、実験台を超えた関連性を確信しました」と、この研究の共同筆頭著者であるリトブラタ (リト) ゴース博士は説明します。

研究者らは、ミトコンドリアの急増を可能にする細胞工学を研究することもできた。筋肉を屈曲させるのと同じタンパク質ケーブルであるアクチンフィラメントが核の周りに複合し、小胞体がメッシュ状の網を張ります。研究によれば、結合された足場は NAM を所定の位置に物理的に捕捉し、ハロー状の構造を形成します。研究者らがアクチンを分解する薬であるラトランキュリンAで細胞を処理すると、NAMの形成が崩壊し、ATPの潮流が後退した。

転移細胞が NAM による ATP 急増に依存している場合、足場をブロックする薬剤により、ミトコンドリアを広範囲に毒して健康な組織を温存することなく、腫瘍の浸潤性を低下させることができる可能性があります。 「機械的ストレス反応は、新たな治療の道を開く可能性があるがん細胞の脆弱性であり、まだ解明されていない」と、この研究の共同責任著者であるヴェレナ・ルプレヒト博士は言う。

この研究ではがん細胞に注目したが、研究著者らはこの現象は生物学における普遍的な現象である可能性が高いと強調している。リンパ節を圧迫する免疫細胞、枝を伸ばすニューロン、形態形成中の胚細胞はすべて、同様の物理的な力を受けます。

「細胞が圧力を受けている場合はどこでも、核エネルギーの増強によってゲノムの完全性が守られている可能性が高い」とスデルシ博士は結論づけている。 「これは細胞生物学におけるまったく新しい制御層であり、細胞がどのようにして激しい物理的ストレス期間を生き延びるかについての私たちの理解に根本的な変化をもたらします。」