Рак давно перестали считать просто скоплением мутировавших клеток. Ученые все чаще изучают его как сложную экосистему, где опухоль взаимодействует с окружающими тканями. Особенно тревожную роль играют нейроны или нервные клетки. Авторы последних исследований показали, что опухоли буквально «‎окутывают» себя нервными волокнами. Чем плотнее эта сеть, тем хуже прогноз для пациента. Нервные клетки не просто пассивные наблюдатели. Они активно «‎помогают» раку, поставляя сигнальные белки и генерируя электрические импульсы, стимулирующие рост опухоли.

Другой ключевой игрок в этой истории — митохондрии. Эти крошечные структуры внутри нервных клеток часто называют «‎энергетическими станциями». Они производят молекулу АТФ — универсальную энергетическую «валюту», необходимую для всех жизненных процессов, основной источник энергии для клеток. 

Опухолевым клеткам, особенно тем, что пытаются оторваться от первичной опухоли и отправиться в опасное путешествие по организму, нужно очень много энергии. Ранее ученые обнаружили, что клетки некоторых опухолей мозга способны захватывать митохондрии у соседних клеток (не нервных). Но оставался загадкой вопрос: могут ли опухолевые клетки грабить «энергостанции» у самих нейронов? Именно это решила проверить международная команда исследователей.

Ученые под руководством Саймона Греле из Университета Южной Алабамы и Густава Айяла из Центра медицинских наук Техасского университета в Хьюстонепровели серию экспериментов, чтобы выяснить, могут ли опухолевые клетки красть митохондрии у нейронов?  

Статья по теме: Новая CAR-T-терапия показала обнадеживающие результаты в лечении онкозаболеваний

Первый эксперимент провели в чашке Петри. Исследователи извлекли клетки злокачественной опухоли железистой ткани молочной железы у мышей и пометили их красным флуоресцентным белком. Рядом поместили мышиные нервные клетки, митохондрии которых пометили зеленым. Наблюдения под микроскопом показали: уже через несколько часов после «знакомства» опухолевые клетки начали вытягивать длинные отростки мембраны в сторону нейронов. Эти отростки действовали как микроскопические шланги, выкачивая зеленые митохондрии из нервных клеток.

Но лабораторные условия — одно, а живой организм — другое. Чтобы проверить, работает ли этот механизм в реальности, ученые пошли дальше. Они ввели красные опухолевые клетки рака молочной железы мышам-самкам, чтобы сформировать первичные опухоли. Затем с помощью генной инженерии они подсветили митохондрии в нейронах зеленым.

Через месяц исследователи изучили срезы опухоли. Выяснилось, что примерно два процента опухолевых клеток внутри первичной опухоли содержали зеленые, то есть митохондрии из нейронов. Это доказало, что процесс «‎кражи» происходит и в живом организме.

Статья по теме: Личная трагедия привела к прорыву в лечении редкой формы рака

Новые удивления возникли, когда ученые обратили внимание на метастазы — вторичный очаг патологического процесса, образовавшиеся в мозге подопытных мышей. Там картина была совершенно иной: 14 процентов опухолевых клеток в метастазах несли в себе украденные зеленые митохондрии. Эта разница — два процента против 14 — стала ключевой подсказкой. Она означала, что опухолевые клетки, вооруженные митохондриями нейронов, обладают гораздо большей способностью к распространению и выживанию вдали от первичной опухоли.

Дополнительные эксперименты объяснили, почему так происходит. Путешествие опухолевой клетки по организму — это путь через минное поле. Клетке нужно вырваться из первичной опухоли, преодолев плотные связи с соседями. Затем протиснуться через стенки кровеносных сосудов, чтобы попасть в кровоток. Пережить опасный круиз по сосудам под атаками иммунной системы. Снова выбраться из кровотока в новом месте. Найти способ выжить и размножиться в чужеродной для себя ткани, часто с нехваткой кислорода и питательных веществ.

Большинство опухолевых клеток гибнет в этом изнурительном марафоне. Однако полученные данные показали, что митохондрии, украденные у нейронов, дают опухолевым клеткам критическое преимущество. Эти «‎энергостанции» помогают им лучше переносить физические и химические стрессы, с которыми они сталкиваются в кровотоке и в новых тканях.

Следующий вопрос: актуален ли этот механизм для людей? Команда проанализировала образцы опухолей восьми женщин с метастатическим раком молочной железы (то есть болезнь распространилась на отдаленные органы). Ученые сравнили митохондрии в опухолевых клетках из первичной опухоли в груди и в клетках из метастазов в других частях тела. 

Статья по теме: CAR-T-клетки помогли пациенту добиться 18-ти летней ремиссии при нейробластоме

Оказалось, клетки в метастазах содержали в среднем на 17 процентов больше митохондрий, чем клетки в первичной опухоли. Это убедительное свидетельство того, что аналогичный процесс усиленного захвата или использования митохондрий происходит и у людей.

Более того, ученые изучили образец человеческой опухоли предстательной железы. Они обнаружили, что опухолевые клетки, расположенные ближе к нейронам внутри опухоли, содержали значительно больше митохондрий, чем клетки, находившиеся дальше от нейронов.

Это открытие — прорыв в понимании механизмов метастазирования — процесса образования вторичных очагов опухолевого роста, самого опасного аспекта злокачественных опухолей. Новые данные объясняют давнюю загадку: почему опухоли с высокой плотностью нервных волокон так агрессивны и склонны к распространению. Теперь у ученых есть новая конкретная мишень для терапии — сам процесс передачи митохондрий.

Научная работа опубликована в журнале Nature.