При недостатке глюкозы протоковая аденокарцинома использует уридин

Протоковая аденокарцинома — один из наиболее распространенных и очень злокачественный вид рака поджелудочной железы. Опухоль имеет выраженный стромальный компонент и слабую васкуляризацию, кроме того, внутри нее создается высокое тканевое давление, что ведет к коллапсу артериол и капилляров. Клоны опухолевых клеток адаптируются к недостатку кислорода и питательных веществ. Помимо высокой агрессивности, они приобретают способность использовать в качестве источника энергии другие вещества, кроме глюкозы. Группа под руководством ученых из Мичиганского университета попыталась уточнить, какие именно вещества, и установила, что в условиях недостатка глюкозы аденокарцинома использует уридин.

Ученые сравнивали метаболическую активность 21 линии клеток (19 линий протоковой аденокарциномы и две иммортализованные линии незлокачественных клеток поджелудочной железы), которые выращивались в условиях отсутствия глюкозы и недостаточности глутамина. В качестве источников энергии и азота для клеток аденокарциномы были протестированы 175 веществ. Утилизацию различных веществ клетками оценивали по изменению цвета красителя на основе тетразолия (традиционный индикатор клеточного метаболизма).

Оказалось, что большинство из них способны потреблять уридин (а также аденозин и некоторые сахара). Несмотря на то, что уридин является не углеводом, а нуклеозидом, он может быть источником энергии.

Авторы сопоставили использование метаболитов с экспрессией ферментов метаболизма и предположили, что клетки аденокарциномы утилизруют уридин с помощью фермента уридинфосфорилазы-1 (UPP1). Анализ мРНК и белка подтвердил, кто катаболизм уридина коррелирует с экспрессией UPP1. Затем ученые разделили клеточные линии на две группы по уровню метаболизма уридина и выявили более 700 дифференциально экспрессируемых генов (то есть таких, уровень экспрессии которых отличался между этими группами); в этом списке лидировал UPP1, кроме того, в клетках с высоким метаболизмом уридина была повышена экспрессия генов эндоцитоза, воспалительного ответа,  гликолиза.

Авторы установили, что уридин участвует в путях энергетического метаболизма, а также в биосинтезе некоторых веществ. Согласно результатам масс-спектрометрии, добавление уридина к клеткам увеличивало содержание промежуточных продуктов гликолиза и цикла Кребса, лактата, аминокислот. Затем ученые использовали меченный изотопом уридин, чтобы проследить его судьбу в клетке. Углерод уридина обнаружили в составе АТФ, АДФ и АМФ, пирувата, лактата, малата, цитрата, некоторых заменимых аминокислот, глутатиона и других веществ.

Исследователи доказали, что опухоль способна метаболизировать уридин in vivo, с помощью сингенной мышиной модели: клетки аденокарциномы мыши вводили в поджелудочную железу другой мыши, чтобы вызвать развитие опухоли. Затем животным делали инъекцию меченого уридина, а забор опухолевой ткани производили через час. Опухоль действительно поглотила значительную часть уридина.

Чтобы проверить, влияют ли концентрации метаболитов на метаболизм уридина в опухолевой интерстициальной жидкости, исследователи выращивали несколько линий клеток при различных концентрациях глюкозы. Ожидаемо, при низких концентрациях глюкозы углерод уридина использовался активнее.

Далее с помощью CRISPR-Cas9 ученые инактивировали ген UPP1 в клетках. Результаты показали, что содержание уридина в клетках было высоким, то есть клетки сохраняли способность его поглощать. Однако пути метаболизма, в которых участвует уридин, были значительно нарушены, вероятно, потому, что в клетках с нокаутом гена UPP1 не образуется рибоза.

Также исследователи установили, что в ткани протоковой аденокарциномы человека овышена экспрессия UPP1, в отличие от здоровой железы. Уровень UPP1 был высок и в некоторых других злокачественных опухолях: легких, желудка, печени, почек; возможно, они тоже способны использовать уридин. Высокий уровень UPP1 в тканях может быть связан с плохим прогнозом онкозаболевания. Помимо этого, клетки протоковой аденокарциномы, экспрессирующие высокие уровни UPP1, имеют мутацию KRAS. Индукция фермента UPP1 происходит посредством активации сигнальных путей MAPK и MYC.

Исследователи предположили, что источником уридина для опухоли являются макрофаги, находящиеся в интерстициальной ткани. Чтобы это доказать, они вводили мышам с опухолью антитела CSF1, снижающие количество опухолеассоциированных макрофагов. Концентрация уридина в интерстициальной жидкости опухоли  осталась неизменной, но в плазме крови она значительно снизилась, что подтвердило предположение.

Имплантирование мышам опухолевых клеток с нокаутом UPP1 замедляло рост опухоли по сравнению с клетками без нокаута, хотя in vitro пролиферативная активность при нокауте не снижалась. Гистологическое исследование не выявило различий в количестве макрофагов в опухолях с нокаутом UPP1 и без, зато в UPP1-KO плотность сосудов была ниже, а инфильтрация Т-клетками больше.

Таким образом, опухолевые клетки протоковой аденокарциномы могут адаптироваться к недостаточному кровоснабжению, используя уридин интерстициальной жидкости. Возможно, новые терапевтические подходы к лечению данной опухоли будут основаны на блокировании фермента UPP1.

Способность рибозы из уридина или РНК поддерживать гликолиз также описала другая научная группа (публикация в Nature Methabolism).

Онкомаркер CA 19-9 поможет спрогнозировать выживаемость при аденокарциноме двенадцатиперстной кишки