Dans le but de mieux comprendre comment les cellules cancéreuses alimentent leur croissance explosive et leur propagation, les scientifiques de Johns Hopkins Medicine disent qu'ils ont mis en lumière l'emplacement et la fonction des ondes générateurs de puissance sur le revêtement, ou membrane, de ces cellules. Les scientifiques disent que les vagues, générées par la propagation rythmique des enzymes qui produisent de l'énergie à partir du glucose, pourraient potentiellement être utilisées pour mieux mettre en scène les cancers et en tant que cibles de médicaments conçus pour ralentir ou arrêter la propagation du cancer.
Dans les expériences avec des cellules cancéreuses humaines cultivées en laboratoire, les chercheurs suggèrent également que la mesure des ondes productrices d'énergie pourrait aider à mettre en scène des cancers de manière plus universelle et standardisée, quels que soient les sous-types et les mutations génétiques.
Un rapport des résultats, financé en partie par les National Institutes of Health, a été publié le 1er juillet dans la revue Communications de la nature.
Nos résultats suggèrent une corrélation entre des niveaux plus élevés d'ondes productrices d'énergie et une plus grande gravité du cancer, ou le potentiel du cancer à se propager à d'autres organes. «
Peter DeVreotes, Ph.D., The Isaac Morris et Lucille Elizabeth Hay Professeur de biologie cellulaire à la Johns Hopkins University School of Medicine
Dans la biologie du cancer, les scientifiques connaissent depuis longtemps l'effet Warburg, un processus dans lequel les cellules cancéreuses utilisent plus d'énergie d'une voie moins efficace – glycolyse – plutôt que le mécanisme plus efficace, la phosphorylation oxydative.
« Cela semble être un paradoxe pour le cancer car les cellules cancéreuses ont besoin de beaucoup plus d'énergie pour se développer que les cellules normales », explique David Zhan, Ph.D., chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Devreotes.
Les chercheurs disent qu'il a été enseigné dans la classe de biochimie pendant de nombreuses décennies que la glycolyse s'est produite uniformément dans le cytosol ou dans la matrice fluide de la cellule.
Mais lorsque l'équipe de Johns Hopkins a examiné les cellules cancéreuses cultivées en laboratoire, ils ont constaté que les enzymes générant de l'énergie se rassemblent et se déplacent sous forme d'ondes sur la membrane cellulaire, suggérant un processus de production d'énergie plus ajusté.
« Cette constatation peut remettre en question les connaissances canoniques du manuel que nous apprenons tous du cours de biochimie », explique Zhan.
Zhan et ses collègues ont commencé l'étude en comparant des échantillons de cellules normales de la muqueuse des canaux mammaires humains avec le même type de cellules de personnes atteintes d'un cancer du sein. Les scientifiques ont utilisé le génie génétique pour étiqueter les molécules fluorescentes à ces enzymes glycolytiques, permettant une visibilité et une mesure précise de ces enzymes productrices d'énergie au microscope à haute puissance.
Dans les cellules cancéreuses du sein, les scientifiques ont trouvé une quantité abondante d'enzymes glycolytiques sur la membrane des cellules et que les molécules se sont déplacées dans des ondes organisées. Dans les cellules normales, les scientifiques n'ont observé presque aucune enzymes glycolytiques à la surface cellulaire ou aux ondes.
« Plus le cancer est agressif, plus nous avons trouvé des vagues sur la surface des cellules », explique Devreotes. Cette découverte découle de recherches antérieures de Zhan et Devreotes, publiées en 2020 en Cellule de développementce qui suggère que les stades de cancer sont liés à l'activité des ondes glycolytiques.
Dans la dernière étude, les scientifiques ont mesuré le niveau d'ATP, la «monnaie» énergétique dans le cancer du sein et les cellules normales, et ont constaté que des sous-types de cancer du sein plus agressifs étaient associés à des niveaux plus élevés d'ATP produits à partir de ces vagues.
En utilisant d'autres types de cellules cancéreuses, y compris des lignées cellulaires cultivées en laboratoire de cancers pancréatiques, pulmonaires, du sein, du côlon et du foie humains, les chercheurs ont trouvé des résultats similaires: une augmentation de l'activité des vagues et des niveaux d'ATP dans les sous-types de cancer considérés comme plus agressifs par rapport à des types moins agressifs de cellules cancéreuses.
« La présence accrue de ces ondes glycolytiques entraîne une plus grande production d'ATP à partir de glycolyse dans les cellules cancéreuses, ce qui entraîne une dépendance accrue à la glycolyse pour l'énergie », explique Zhan.
À la recherche d'un moyen de ralentir l'activité des vagues d'énergie des cellules cancéreuses, ils ont utilisé une petite molécule, la latrunculine A (Lata), qui perturbe l'assemblage des ondes glycolytiques dans les lignées cellulaires cancéreuses. Les scientifiques ont ensuite trouvé une diminution de 25% de l'ATP, suggérant que les cellules cancéreuses dépendent largement de ces ondes pour alimenter et exécuter leurs activités quotidiennes à forte intensité d'énergie.
« Lorsque nous inhibons l'activité de ces vagues, nous pouvons être en mesure d'empêcher ces cellules cancéreuses de pouvoir consommer des nutriments et grandir », explique Zhan. « Les cellules cancéreuses nécessitent beaucoup d'énergie pour entraîner une tumeur maligne du cancer, donc perturber ce processus pourrait être en mesure de ralentir ou d'arrêter sa propagation. »
Ensuite, DeVreotes dit que son équipe prévoit d'étudier exactement comment les vagues productrices d'énergie se produisent dans la membrane cellulaire.
Le soutien du financement à cette recherche a été fourni par les National Institutes of Health (GM118177, FA95501610052, R01GM136711, S10 OD016374), le programme de recherche de recherche de la Force de la défense multidisciplinaire de la Solman Pilot Laboratory (P50a098252252252). Pancreatic Cancer Research Center, A Johns Hopkins Discovery Award et le WW Smith Charitable Trust Award.
En plus des Devreotes et Zhan, d'autres scientifiques qui ont contribué à ce travail sont Dhiman Sankar Pal, Jane Borleis, Yu Deng, Yu Long et des auteurs correspondants supplémentaires Chris Janetopoulos et Chuan-Hsiang Huang de Johns Hopkins.
