38.4 : Adaptive Mechanisms in Cancer Cells

Komórki nowotworowe wykazują fenotyp mutatora charakteryzujący się wadliwymi mechanizmami naprawy DNA, które prowadzą do wyższych niż normalnie wskaźników mutacji. Ich tolerancja na mutacje nawet w krytycznych genach cyklu komórkowego daje im przewagę w przeżywalności nad normalnymi komórkami.

Na przykład normalne komórki przestają się dzielić, gdy zetkną się z inną komórką, w zjawisku znanym jako hamowanie kontaktu. Jednak niektóre komórki mogą mutować, aby przezwyciężyć hamowanie kontaktu i gromadzić się jedna na drugiej, tworząc masę guza.

Niemniej jednak te komórki nowotworowe nie mogą się rozmnażać w nieskończoność. W pewnym momencie mogą ulec replikacyjnemu starzeniu się komórek, zjawisku, w którym komórki przestają się dzielić po określonej liczbie podziałów komórkowych.

W ten sposób niektóre komórki nowotworowe mutują dalej, aby pokonać tę przeszkodę i stać się rakowe. Po pierwsze, zwiększają tempo podziału komórek, aby zrekompensować utratę komórek w wyniku starzenia się komórek. Po drugie, mogą uniknąć apoptozy, co skutkuje przedłużeniem przeżycia starych i uszkodzonych komórek.

Guz rośnie, komórki we wnętrzu dużego guza otrzymują mniej tlenu - zjawisko to nazywa się niedotlenieniem. Ogranicza to zdolność komórek do wzrostu i może wywołać martwicę komórek wewnątrz guza.

Komórki nowotworowe pokonują to wyzwanie dzięki dwóm korzystnym mutacjom. Po pierwsze, promują angiogenezę - proces tworzenia nowych naczyń krwionośnych wokół rosnącego guza, który może dostarczać komórkom więcej tlenu i składników odżywczych.

Drugi to przejście metaboliczne z metabolizmu oksydacyjnego na glikolityczne.

W normalnych komórkach glukoza jest metabolizowana do pirogronianu w procesie glikolizy. W warunkach tlenowych pirogronian jest metabolizowany przez fosforylację oksydacyjną w celu uzyskania dużej, ale wolniejszej wydajności ATP. W warunkach beztlenowych, takich jak intensywna aktywność mięśni, komórki metabolizują pirogronian do mleczanu w procesie glikolizy beztlenowej z niską, ale szybką wydajnością ATP.

Aby napędzać szybki wzrost, komórki rakowe pobierają 100 razy więcej glukozy niż normalne komórki, która jest przekształcana w pirogronian w procesie glikolizy. Następnie pirogronian jest szybko metabolizowany do mleczanu w procesie glikolizy beztlenowej, niezależnie od dostępności tlenu. Zjawisko to nazywa się efektem Warburga.

Mimo że glikoliza beztlenowa jest mniej wydajna niż fosforylacja oksydacyjna, zapewnia szybkie wybuchy ATP w celu proliferacji raka.