Tümör hücrelerindeki gerginlik yüksek metabolizmaya sebep olur
Tümörler genellikle normal dokulardan daha serttir ve anormal derecede hızlı glikoz metabolizması gösterirler. Bu iki özellik arasındaki bağlantının, hücrelerdeki bir protein filamentleri ağındaki gerilimi içerdiği ortaya kondu.
Hücre ve dokulardaki gerginlik, bir organizmanın gelişiminde ve devamında önemli rollere sahiptir. Hücre büyümesi, hareketi ve farklılaşması gibi gerilim modülasyonlu işlemlerin yüksek enerji talepleri vardır. Bu nedenle, hücre geriliminin hücresel metabolizmayı da düzenlemesi şaşırtıcı değildir. Yeni araştırmalar, hücrelerin çevresindeki hücre dışı matristeki (ECM) sertliğin, glikolizi arttırmak için aktin adı verilen lifli bir hücresel proteinin yeniden düzenlenmesini teşvik ettiğini göstermektedir (glikoliz, glikozdan enerji üreten önemli bir metabolik yoldur).
Hücreler, integrinler gibi transmembran reseptör proteinleri yoluyla ECM’deki değişiklikleri algılar. İntegrinler aktin ve miyozin protein filamanları ağındaki değişiklikleri tetikleyebilir. Bu filamanlar, bir hücrenin şeklini tanımlayan hücre iskeleti görevi görür. Örneğin, sert bir ECM’ye yanıt olarak, integrinler, a-aktinin gibi iskele proteinlerinin toplandığı “fokal yapışma” adı verilen kümelere toplanır. Bu proteinler, “stres lifleri” adı verilen aktin-miyozin filamanlarının kalın, kablo benzeri, dizilerinin birleştirilmesini kolaylaştırır.
Bir kültür plakasında yumuşak kaideler (substratlar) üzerine yerleştirilen hücrelerin tabağa yayılmadığı ve “aktin gerilme” liflerinin birleşmediği görülmüştür. Ayrıca, sert substratlar üzerine yerleştirilen hücrelerle karşılaştırıldığında, bu hücreler düşük glikoliz aktivitesi ile tutarlı birkaç molekülün seviyesinde azalma gösterdiği görülmüştür.
Fosfofruktokinaz (PFK) enzimi glikolizde “aktivite veya hız sınırlayıcı” bir role sahiptir. Araştırmalar, hücreler yumuşak substratlara yerleştirildiğinde tüm PFK izoformlarının seviyelerinin azaldığını göstermiştir. Ancak, bu hücrelerde PFK seviyeleri arttığında bile glikoliz normale dönmemiştir. Dolayısıyla, bu durum mekanik ipuçlarının PFK gen ifadesini modüle ederek, glikolizi düzenlediği fikrine zıtlık göstermektedir.
Yumuşak substratlar üzerindeki PFK seviyesinde düşüşün protein bozulmasına bağlı olduğu varsayılmıştır. Bunun için önemli bir yol, proteinleri ubikitin (ölüm etiketi) molekülleri ile etiketleyen ve proteazom adı verilen bir moleküler makine tarafından imha için işaretleyen “E3 ubikitin ligazları” adı verilen enzimleri içerir. Bununla uyumlu olarak ubikuitinasyon için gerekli olan lizin amino asiti ile proteazom aktivitesi inhibe edildiğinde veya mutasyona uğradığında, yumuşak substratlar üzerindeki hücreler PFK izoformu olan PFKP’yi yüksek seviyelerde ifade ettiği ve yüksek bir glikolize sahip oldukları gösterilmiştir.
PFKP parçalanmasına aracılık eden E3 ubikitin ligazını bulmak için veritabanı aramaları TRIM21’i olası bir aday olarak ortaya koymuştur ve bu durum TRIM21’i kodlayan genin mutasyona uğratıldığı deneylerle doğrulanmıştır. Daha sonra, miyozin veya aktin seviyeleri manipüle edildiğinde, hücre içindeki TRIM21’nin pozisyonunda değişiklik görülmüştür. Böylece, TRIM21’nin gerilme lifleri ile birleştiği gösterilmiştir. Veriler, hücre iskeletindeki aktinin TRIM21’i tuttuğunu ve onu inaktif hale getirdiğini ve hücre dışındaki sertliğe yanıt olarak glikolizi teşvik ettiğini (ve böylece PFKP aktivitesini koruduğunu) düşündürmektedir (Şekil 1). Bu durum, mutant bir “a-aktinin” formu kullanılarak aktin demeti düzeneğinin oluşmasının teşvik edilmesi ve aktin çevresindeki TRIM21 seviyelerinde müteakip bir artışın gözlenmesi ile ayrıca teyit edilmiştir.
Şekil 1 | Normal hücrelerde (kanser hücrelerinde değil) değişim baskısı. Hücrelerdeki hücre dışı matriksteki (ECM) gerilimin glikoz metabolizma oranını (glikoliz) yönettiği bir yol. a, Normal akciğer hücreleri yumuşak bir ECM ile çevrilirse, yapısal protein “aktinin (f-aktin)” proteininin filamentli formu demetler oluşturmaz ve TRIM21 proteini aktiftir. TRIM21, glikolitik enzim fosfrukruktokinaza (PFK) ubikuitin moleküllerini (Ub) ekleyerek onu parçalanması için etiketler. Bu da düşük glikoliz oranlarına yol açar. b, Aksine, sert bir ECM ile çevrili normal akciğer hücreleri, TRIM21’i yakalayan kalın bir stres lifleri demetini (aktin ve miyozinden yapılmış) birleştirir. Bu lifler ayrıca ECM’nin sertliğine bakılmaksızın kanseri destekleyen onkogenleri ifade etmek üzere akciğer hücrelerinde de oluşur. TRIM21’in yakalanması, yüksek glikoliz oranlarına yol açan PFK’nın bozulmasını önler.
En ilginç gözlem, TRIM21’in gerilim aracılı tutuklanması tümörlerin neden anormal derecede yüksek glikoliz sergilediğini açıklamasında yatmaktadır.
Tümörler genellikle desmoplastik (ECM’deki bileşenlerin üretiminde, yeniden modellenmesinde ve çapraz bağlanmada artış) bir tepkiye, stromayı sertleştiren fibroz adı verilen bir doku yara izi sürecine neden olurlar. Desmoplastik yanıt tümör hücresi büyümesini, hayatta kalmasını ve istilasını arttırır. Bu, sert bir tümör ECM’sinin, TRIM21’i tutuklamak ve PFKP’yi stabilize etmek için hareket eden ve böylece glikolizi teşvik eden gerginliğe bağlı aktin demetini indüklediğini düşündürebilir. Bu hipotez doğruysa, fibrozu önleyen tedavilerin tümör hücresi metabolizmasını normalleştirmesi beklenir.
Ne yazık ki, bu tür stratejiler klinik olarak hayal kırıklığı yaratmıştır. Birçok tümör hücresinde ayrıca RhoGTPaz ve ROCK enzimlerinin aktivitesinin arttığı görülmüştür. Bu enzimler, aktin-filaman montajını (birleşmesini) teşvik eder veya yüksek aktin-miyozin gerginliğine neden olan onkojenleri (Ras ve EGFR gibi kanseri destekleyen proteinleri kodlar) aşırı ifadesine sebep olur. Bu nedenle hücreler muhtemelen ECM koşullarından bağımsız olarak stres lifleri oluşturur. Gerçekten de, onkogen mutasyonları taşıyan akciğer kanseri hücreleri yumuşak substratlar üzerinde çoğaldıklarında, hücreler sadece belirgin aktin stres liflerini korumakla kalmamış, aynı zamanda azalmış TRIM21 ifadesi, yüksek PFKP seviyesi ve yüksek glikoliz aktivitesi göstermişlerdir.
Son olarak, tümör hücrelerinde yüksek glikolizin basitçe TRIM21 gen ifadesi arttırılarak normalleştirilebileceği gösterilmiştir. Bu bulgu, protein yıkımını uyaran, ligaz aktivitesini arttıran veya aktin-fiber düzeneğini azaltan bileşiklerin benzer şekilde tümör glikolizini normalleştirmesi ve dolayısıyla yeni antitümör tedavileri olabileceğini göstermektedir. Belki de aynı amaç, tümör hücresi gerginliğinin azaltılması veya klinik kullanım için önceden geliştirilmiş olan ROCK inhibitörleri ile hastaların tedavi edilmesiyle de gerçekleştirilebilir. Gerçekten de, ROCK ve EGFR inhibisyonu, sferoid adı verilen 3-boyutlu in vitro tümör yapılarının proliferatif ve invaziv özelliklerini tersine çevirebilir ve hayvan modellerinde çeşitli kanser tiplerinin in vivo ilerlemesini önleyebilir.
Kaynak: Nature 578, 517-518 (2020), doi: 10.1038/d41586-020-00314-y
Türkçesi: Enes Gültekin, Ayşenur Saygılı, Ezgi Mehteroğlu, Sevim Gürbüz, Atife Nida Onur, Hikmet Geçkil
İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, 44280 Malatya