Estudio arroja luz sobre la antigua pregunta de por qué las células cancerosas obtienen su energía de la fermentación

Biólogos del MIT han encontrado una posible explicación para el efecto Warburg, visto por primera vez en células cancerosas en la década de 1920 y llamado así por Otto Warburg, en la foto. Crédito: José-Luis Olivares; Dr. Cecil Fox, Instituto Nacional del Cáncer; NIH

En la década de 1920, el químico alemán Otto Warburg descubrió que las células cancerosas no metabolizan el azúcar de la misma manera que lo hacen las células sanas. Desde entonces, los científicos han tratado de averiguar por qué las células cancerosas utilizan esta vía alternativa, que es mucho menos eficiente.

Los biólogos del MIT ahora han encontrado una posible respuesta a esta pregunta de larga data. En un estudio que aparece en Molecular Cell, demostraron que esta vía metabólica, conocida como fermentación, ayuda a las células a regenerar grandes cantidades de una molécula llamada NAD+, que necesitan para sintetizar ADN y otras moléculas importantes. Sus hallazgos también explican por qué otros tipos de células que proliferan rápidamente, como las células inmunitarias, pasan a la fermentación.

«Esta ha sido realmente una paradoja centenaria que muchas personas han tratado de explicar de diferentes maneras», dice Matthew Vander Heiden, profesor asociado de biología en el MIT y director asociado del Instituto Koch del MIT. para la Investigación Integral del Cáncer. «Lo que descubrimos es que, en determinadas circunstancias, las células necesitan hacer más de estas reacciones de transferencia de electrones, que requieren NAD+, para producir moléculas como el ADN».

Vander Heiden es el autor principal del nuevo estudio, y los autores principales son la ex estudiante de posgrado y postdoctorado del MIT Alba Luengo Ph.D. ’18 y estudiante de posgrado Zhaoqi Li.

Metabolismo ineficiente

La fermentación es una forma en que las células pueden convertir la energía que se encuentra en el azúcar en ATP, una sustancia química que las células usan para almacenar energía para todos de sus necesidades Sin embargo, las células de los mamíferos suelen descomponer el azúcar mediante un proceso llamado respiración aeróbica, que produce mucho más ATP. Por lo general, las células cambian a la fermentación solo cuando no tienen suficiente oxígeno disponible para realizar la respiración aeróbica.

Desde el descubrimiento de Warburg, los científicos han presentado muchas teorías sobre por qué las células cancerosas cambian a la vía de fermentación ineficiente. Warburg propuso originalmente que las mitocondrias de las células cancerosas, donde se produce la respiración aeróbica, podrían dañarse, pero resultó que no fue así. Otras explicaciones se han centrado en los posibles beneficios de producir ATP de una manera diferente, pero ninguna de estas teorías ha obtenido un apoyo generalizado.

En este estudio, el equipo del MIT decidió intentar encontrar una solución preguntando qué pasaría si suprimieran la capacidad de las células cancerosas para realizar la fermentación. Para ello, trataron las células con un fármaco que las obliga a desviar una molécula llamada piruvato de la vía de fermentación a la vía de la respiración aeróbica.

Investigadores del MIT han demostrado que la demanda de NAD+ de las células cancerosas las impulsa a cambiar a una proceso metabólico derrochador llamado fermentación. Crédito: Instituto Tecnológico de Massachusetts

Vieron, como ya lo habían demostrado otros, que bloquear la fermentación ralentiza el crecimiento de las células cancerosas. Luego, trataron de descubrir cómo restaurar la capacidad de proliferación de las células, mientras seguían bloqueando la fermentación. Un enfoque que intentaron fue estimular a las células para que produzcan NAD+, una molécula que ayuda a las células a deshacerse de los electrones adicionales que se eliminan cuando las células producen moléculas como el ADN y las proteínas.

Cuando los investigadores trataron el células con un fármaco que estimula la producción de NAD+, encontraron que las células comenzaron a proliferar rápidamente de nuevo, aunque todavía no podían realizar la fermentación. Esto llevó a los investigadores a teorizar que cuando las células crecen rápidamente, necesitan más NAD+ que ATP. Durante la respiración aeróbica, las células producen una gran cantidad de ATP y algo de NAD+. Si las células acumulan más ATP del que pueden usar, la respiración se ralentiza y la producción de NAD+ también se ralentiza.

«Hicimos la hipótesis de que cuando fabricas NAD+ y ATP juntos, si no puedes deshacerte del ATP, es va a hacer una copia de seguridad de todo el sistema de modo que tampoco pueda producir NAD+», dice Li.

Por lo tanto, cambiar a un método menos eficiente de producir ATP, que permite que las células generen más NAD+, en realidad las ayuda para crecer más rápido. «Si retrocedes y observas las vías, te das cuenta de que la fermentación te permite generar NAD+ de forma desacoplada», dice Luengo.

Resolviendo la paradoja

Los investigadores probó esta idea en otros tipos de células que proliferan rápidamente, incluidas las células inmunitarias, y descubrió que bloquear la fermentación pero permitir métodos alternativos de producción de NAD+ permitía que las células continuaran dividiéndose rápidamente. También observaron el mismo fenómeno en células que no son de mamíferos, como la levadura, que realiza un tipo diferente de fermentación que produce etanol.

«No todas las células en proliferación tienen que hacer esto», dice Vander Heiden. «En realidad, solo las células están creciendo muy rápido. Si las células están creciendo tan rápido que su demanda de producir cosas supera la cantidad de ATP que están quemando, entonces es cuando cambian a este tipo de metabolismo. Entonces, resuelve, en mi mente, muchas de las paradojas que han existido».

Los hallazgos sugieren que los medicamentos que fuerzan a las células cancerosas a volver a la respiración aeróbica en lugar de la fermentación podrían ofrecer una forma posible de tratar los tumores. Los fármacos que inhiben la producción de NAD+ también podrían tener un efecto beneficioso, dicen los investigadores.

Explore más

Los científicos se sorprendieron al descubrir que los aminoácidos, y no el azúcar, proporcionan la mayoría de los componentes básicos para las células tumorales. Más información: Alba Luengo et al. El aumento de la demanda de NAD+ en relación con ATP impulsa la glucólisis aeróbica, Molecular Cell (2020). DOI: 10.1016/j.molcel.2020.12.012 Información de la revista: Molecular Cell

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu /newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.

Cita: El estudio arroja luz sobre la pregunta de larga data de por qué las células cancerosas obtienen su energía de la fermentación (2021, 15 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/ 2021-01-longstanding-cancer-cells-energy-fermentation.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.