Non-canonical Bioenergetics of the Cell

Abstract

Rakovinné buňky jsou charakteristické netypickými bioenergetickými vlastnostmi, jako je zvýšený metabolizmus glukózy a neefektivní oxidativní fosforylace. Přesný mechanizmus této metabolické proměny není doposud znám. Cílem tohoto projektu bylo ujasnit, jak prostředí tumoru ovlivňuje fungování mitochondriální oxidativní fosforylace. Zaměřovali jsme se na dvě základní podmínky, tj. deprivace glukózy a kyslíku, a analyzovali růst buněk, bioenergetické vlastnosti a expresi proteinů oxidativní fosforylace. Jako experimentální model jsme použili rakovinné buňky tumoru mléčné žlázy (HTB-126), které jsme porovnávali s příslušnou kontrolní linií (HTB-125), protože prostředí karcinomu prsu bývá často hypoxické a aglykemické. Výsledky této práce jasně ukazují závislost mitochondriální bioenergetiky na přítomnosti glukózy u rakovinných buněk. Mitochondriální respirace je regulována glukózou na několika úrovních, jako je Crabtree efekt, odvádění energetického substrátu z mitochondrií k podpoře buněčného růstu a proliferace a na úrovni biogeneze mitochondrií. Fungování oxidativní fosforylace je jasně ovlivněna přítomností glukózy i kyslíku. Součástí přizpůsobení se hypoxii je potlačení oxidativní fosforylace přítomností glukózy mnohem více, než v normoxii. Naše data ukazují, že energetické vlastnosti rakovinných buněk...

Cancer cells generally present abnormal bioenergetic properties including an elevated glucose uptake, a high glycolysis and a poorly efficient oxidative phosphorylation system. However, the determinants of cancer cells metabolic reprogramming remain unknown. The main question in this project was how environmental conditions in vivo can influence functioning of mitochondrial OXPHOS, because details of mitochondrial bioenergetics of cancer cells is poorly documented. We have combined two conditions, namely glucose and oxygen deprivation, to measure their potential interaction. We examined the impact of glucose deprivation and oxygen deprivation on cell survival, overall bioenergetics and OXPHOS protein expression. As a model, we have chosen a human breast carcinoma (HTB-126) and appropriate control (HTB-125) cultured cells, as large fraction of breast malignancies exhibit hypoxic tumor regions with low oxygen concentrations and poor glucose delivery. (...) Apoptosis is a natural, genetically controlled process of cell elimination. The mechanisms of its activation and regulation is a fundamental scientific question and growing body of evidence reveal further molecular pathways of apoptotic machinery. The well-known caspase activation cascade along with pro- and anti-apoptotic members of BCL family is the basic...