میتوکندری (میتوکندری) "کارخانه انرژی" سلول است. میتوکندری حاوی مجموعه ای از مواد ژنتیکی، -- DNA میتوکندری (mtDNA) است که مستقل از هسته است. با توجه به نقش مهم میتوکندری در هموستاز انرژی، اختلالات میتوکندری می تواند منجر به بیماری های متعددی از جمله اختلالات رشدی، بیماری های عصبی عضلانی، بیماری های متابولیک، پیشرفت سرطان و غیره شود.
اگرچه دانشمندان مدت هاست می دانند که میتوکندری نقش مهمی در متابولیسم و تولید انرژی سلول های سرطانی دارد. با این حال، تاکنون، اطلاعات کمی در مورد رابطه بین سازمان ساختاری شبکه میتوکندری و فعالیت بیوانرژیک عملکردی آن در سطح کلی تومور وجود دارد.
محققان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس اخیراً مقاله ای تحقیقاتی با عنوان: نقشه برداری فضایی شبکه های میتوکندری و انرژی زیستی در سرطان ریه در مجله نیچر منتشر کرده اند.
این مطالعه از توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) همراه با میکروسکوپ الکترونی برای ایجاد یک نقشه 3-بعدی با وضوح فوق العاده از شبکه میتوکندری در تومورهای ریه موش دستکاری شده ژنتیکی استفاده می کند. تیم تحقیقاتی از فناوری یادگیری عمیق (Deep Learning) برای طبقه بندی تومورها بر اساس فعالیت میتوکندری و سایر عوامل برای تعیین کمیت ساختار میتوکندری صدها سلول و هزاران میتوکندری در کل تومور استفاده کرد.
این تیم دو زیرگروه اصلی -- آدنوکارسینوم ریه (LUAD) و کارسینوم سلول سنگفرشی ریه (LUSC) را در سرطان ریه سلول غیرکوچک (NSCLC) مورد بررسی قرار دادند و زیر مجموعههای مختلف شبکههای میتوکندریایی را در این تومورها شناسایی کردند. نکته مهم، آنها دریافتند که میتوکندری ها اغلب با قطرات چربی سازماندهی می شوند تا ساختارهای درون سلولی منحصر به فردی ایجاد کنند که از متابولیسم سلول های تومور و فعالیت میتوکندریایی پشتیبانی می کند.
میتوکندری ها برای کنترل متابولیسم و انرژی زیستی در سلول های سرطانی ضروری هستند و شبکه های بسیار سازمان یافته ای را تشکیل می دهند که در آن ساختارهای غشایی درونی و بیرونی آنها ظرفیت بیوانرژیک آنها را تعیین می کند. با این حال، مطالعاتی که سازمان ساختاری شبکههای میتوکندری و فعالیت بیوانرژیک آنها را در داخل بدن توصیف میکنند، محدود باقی ماندهاند.
در این مطالعه، تیم تحقیقاتی از یک پلت فرم یکپارچه متشکل از تصویربرداری توموگرافی گسیل پوزیترون، تنفس سنجی و میکروسکوپ الکترونی سطح بلوک روبشی سه بعدی برای انجام تجزیه و تحلیل ساختاری و عملکردی شبکه میتوکندریایی و فنوتیپ بیوانرژیک سرطان ریه سلول غیر کوچک استفاده کردند. (NSCLC).
فنوتیپ های مختلف بیوانرژی و وابستگی متابولیک شناسایی شده توسط تیم تحقیقاتی در تومورهای NSCLC با سازمان ساختاری متمایز شبکه میتوکندری موجود سازگار است. علاوه بر این، این مطالعه نشان داد که شبکه میتوکندری در مناطق مجزا در سلول های تومور سازماندهی شده است.
یک شبکه میتوکندریایی اطراف قطرات که با قطرات چربی تماس پیدا میکند و اطراف آن را احاطه میکند، در تومورهایی با فسفوریلاسیون اکسیداتیو بالا و سرعت اکسیداسیون اسیدهای چرب یافت شد. در حالی که در تومورهایی با نرخ فسفوریلاسیون اکسیداتیو پایین، شار گلوکز بالا، محلی سازی اطراف هسته میتوکندری، بازسازی ساختاری کریستا و ظرفیت تنفسی میتوکندری را تنظیم می کند. این نتایج نشان میدهد که شبکه میتوکندری به زیرجمعیتهای مجزایی تقسیم میشود که ظرفیت بیوانرژیک تومورها را کنترل میکنند.
این تیم میگوید این مطالعه نشاندهنده اولین گام در تولید یک نقشه سهبعدی با وضوح بالا از سرطان ریه با استفاده از مدل موش دستکاریشده ژنتیکی است. با استفاده از این نقشهها، تیم تحقیقاتی شروع به ایجاد نقشههای ساختاری و عملکردی تومورهای ریه کرده است که میتواند به درک چگونگی سازماندهی ساختاری سلولهای تومور در پاسخ به نیازهای متابولیکی بالای رشد تومور کمک کند. این یافتهها همچنین اطلاعات کلیدی در مورد عملکرد میتوکندری در سلولهای سرطانی ارائه میکنند و نویدبخش ارائه اطلاعات جدید و رویکردهای بهبود یافته برای استراتژیهای فعلی درمان سرطان هستند، در حالی که جهت جدیدی را برای هدف قرار دادن سرطان ریه نشان میدهند.
دکتر هان مینگکی، نویسنده ارشد مقاله، گفت: این مطالعه جدید در جریان متابولیک سرطان ریه یافت و نشان داد که ترجیحات تغذیه ای سلول های سرطانی ریه ممکن است با تقسیم بندی درون سلولی میتوکندری و سایر اندامک های آنها، اعم از گلوکز یا گلوکز، تعیین شود. اسیدهای چرب آزاد این یافته پیامدهای مهمی برای توسعه درمانهای موثر ضد سرطان دارد که اولویتهای تغذیهای خاص تومور را هدف قرار میدهند. رویکرد تصویربرداری چندوجهی به ما این امکان را میدهد که این جنبه ناشناخته قبلی متابولیسم سرطان را آشکار کنیم، و ما معتقدیم که میتوان آن را در سایر انواع سرطان نیز اعمال کرد و راه را برای تحقیقات بیشتر در این زمینه هموار کرد.
