https://www.diagnosisdiet.com/full-article/mitochondria-and-cancer
Fascinující miniaturní svět mitochondrií – jejich vzácná role v našich zdravých buňkách a jak mitochondrie, které se pokazily, mohou vést k rakovině. 2. část ze série o životně důležité knize Dr. Thomase Seyfrieda, Rakovina jako metabolická nemoc. [1.část]
Mocné mitochondrie
Mitochondrie přeměňují jídlo na energii. Mitochondrie jsou nádherně složité struktury žijící téměř ve všech našich buňkách. Uvnitř mitochondrií jsou složitě složené membrány poseté speciálními enzymy, tuky a proteiny, které provádí elegantní chemické reakce. Tyto chemické reakce mění hamburgery na koňskou sílu. Z diagramu můžete vidět, že mitochondrie (oranžové ovály) se vznášejí ve vnější oblasti buňky (nazývané cytoplazma). Buněčné chromozomy (DNA) žijí uvnitř jádra. (Mitochondrie mají svou vlastní DNA, ale to je teď vedlejší).
Mitochondrie jsou sofistikované generátory energie, které rozbíjejí chemické vazby v molekulách potravy, aby se dostaly k energii uvnitř. Chemické vazby se skládají z kladných nábojů nazývaných protony a záporných nábojů nazývaných elektrony, které spolu pevně drží. Mitochondrie odtrhávají elektrony od protonů a poté je vedou přes „elektronový transportní řetězec“ a vytvářejí proud. Tato elektrická energie se používá k vytvoření molekul ATP, z nichž každá obsahuje velmi vysokoenergetickou fosfátovou vazbu. ATP (adenosintrifosfát) je jako miniaturní chemická baterie; naše buňky rozbitím fosfátové vazby ATP získávají energii. Kyslík čeká na konci montážní linky ATP, aby zachytil kaskádové elektrony, a pak se na ně naváže a tvoří vodu jako neškodný vedlejší produkt. Protože tento proces vyžaduje kyslík a vede k vysokoenergetické fosfátové vazbě, nazývá se „oxidační fosforylace“, neboli dýchání.
Na energii záleží
V prvním článku této série je seznam rozdílů mezi normálními buňkami a rakovinnými buňkami. Ale vynechala jsem jeden klíčový rozdíl, protože by bylo matoucí zmiňovat se o něm příliš brzy.
Nejdůležitějším základním rozdílem mezi normálními buňkami a rakovinnými buňkami je způsob, jakým vytvářejí energii.
Normální buňky využívají sofistikovaný proces dýchání k účinné přeměně jakéhokoli druhu živin (tuků, sacharidů nebo bílkovin) na velké množství energie. Tento proces vyžaduje kyslík a potravu zcela rozloží na neškodný oxid uhličitý a vodu. Rakovinné buňky používají primitivní proces zvaný „fermentace“ k neefektivní přeměně buď glukózy (primárně ze sacharidů) nebo aminokyseliny glutaminu (z bílkovin) na malé množství energie. [Všimněte si, že tuky nemohou být fermentovány. To bude klíčové později.] Tento proces nevyžaduje kyslík a pouze částečně rozkládá molekuly potravy na kyselinu mléčnou a amoniak, což jsou toxické odpadní produkty.
Dýchání kyslíku vs. fermentace sacharidů (cukru)
Normální buňky se někdy musí uchýlit k fermentaci, pokud dočasně pociťují nedostatek kyslíku (skvělým příkladem jsou hlubinná zvířata). Ale žádná buňka se zdravým rozumem by se nikdy nerozhodla použít fermentaci, když má dost kyslíku. Proč? Nevyrábí ani zdaleka tolik energie a vytváří toxické vedlejší produkty. Stručně řečeno, fermentace je primitivní, neefektivní a „špinavá“. S dýcháním získáte mnohem víc. Dýchání je moderní, chytré a „čisté“.
Rakovinné buňky jsou bizarní v tom, že používají fermentaci, i když je kolem spousta kyslíku. Říká se tomu Warburgův efekt, který je považován za „metabolický podpis“ rakovinných buněk. Pokud vidíte, že buňka mění glukózu na kyselinu mléčnou, když je k dispozici kyslík, našli jste rakovinnou buňku. Proč by to rakovinné buňky dělaly, když je k dispozici kyslík? Jsou hloupé?
Nejsou hloupé, jsou zoufalé. Nemohou se při výrobě energie spolehnout na svůj perfektní dýchací systém, protože jejich mitochondrie jsou poškozené. Dýchání nemůže probíhat hladce, pokud všechny jemné vnitřní struktury uvnitř mitochondrií nejsou pěkně neporušené. Fermentace také probíhá uvnitř mitochondrií, ale klíčový rozdíl je v tom, že fermentace je velmi jednoduchá a nevyžaduje složitý vnitřní aparát mitochondrií.
Co může poškodit mitochondrie?
- radiace
- rakovinotvorné chemikálie
- viry
- chronický zánět
Jedním ze způsobů, jak tyto věci mohou způsobit mitochondriím problémy, je generování reaktivních forem kyslíku (ROS). Ty poškozují dýchácí proces. ROS si můžete představit jako nestabilní molekulární kuličky, které způsobují zmatek v okolí a způsobují náhodné poškození, kamkoli zaútočí.
Některé z genů, které jsou s rakovinou spojovány nejvíc („onkogeny“), jsou ty, které kódují proteiny mitochondrií. Mutace v těchto genech se někdy nacházejí v rakovinných buňkách:
- BRCA-1 (gen rakoviny prsu)
- APC (gen rakoviny tlustého střeva)
- RB (zhoubný nádor oka)
- XP (Xeroderma Pigmentosum)
Zajímavé je, že některé viry, které jsou nejsilněji spojené s rakovinou, jsou známé tím, že poškozují buněčné dýchání:
Mitochondrie a rakovina
Jakými způsoby jsou poškozeny mitochondrie rakovinných buněk? Ve srovnání se zdravými buňkami mají rakovinné buňky:
- méně mitochondrií
- pokřivené mitochondrie s nepřirozeně hladkým vnitřním povrchem
- sníženou aktivitu enzymů zásadních pro dýchání jako cytochrome oxidase a ATPase
- méně cardiolipinu (zásadní tuk uvnitř mitochondrií)
- méně DNA v mitochondriích
- netěsné, nekoordinované elektronové transportní řetězce, které způsobují, že část drahocenné energie je plýtvána jako teplo místo toho, aby se přeměnila na ATP. [Tato abnormální situace se nazývá „uncoupling“. Je prokázáno, že rychleji rostoucí nádory jsou díky tomuto efektu ve skutečnosti teplejší.]
Maligní rakovinné buňky mají podstatně nižší rychlost dýchání ve srovnání s normálními buňkami. V jedné studii lidské metastatické rakoviny konečníku měly rakovinné buňky rychlost dýchání o 70 % nižší než okolní zdravé buňky.
Jak poškozené mitochondrie přecházejí z dýchání kyslíku na fermentaci?
V mitochondriích se vyvinul proces zvaný retrográdní reakce, který jim pomáhá vypořádat se s dočasným stresem nebo poškozením. Říká se tomu retrográdní (zpětná) reakce, protože za normálních okolností DNA v jádře posílá příkazy do mitochondrií v cytoplazmě. Pokud je však mitochondrie poškozena a je ohroženo dýchání, vyšle mitochondrie do jádra SOS zprávu, která říká: „Nemáme dostatek energie… musíme začít fermentovat!“ V podstatě říká jádru, aby aktivovalo fermentační geny místo genů dýchání. Fermentaci si můžete představit jako neohrabaný záložní generátor. Retrográdní reakce spouští následující události:
Do akce vstoupí řada genů – geny, které kódují proteiny potřebné k provádění fermentace místo dýchání. Tyto stejné geny jsou také náhodou známé ve světě výzkumu rakoviny jako „onkogeny“ (geny, které jsou spojeny se zvýšeným riziko rakoviny). Je pravděpodobné, že důvodem, proč geny potřebné k provádění fermentace jsou také stejné geny spojené s rakovinou, je to, že fermentace (a/nebo nedostatek dýchání) zvyšuje riziko rakoviny.
Zatímco onkogeních proteinů přibývá, jejich dýchacích protějšků ubývá. Které to jsou?
Geny jako p53, APE-1 a SMC4. Tyto geny kódují opravné proteiny DNA a jsou spojeny s dýcháním. Tyto stejné geny jsou také známy ve světě rakoviny jako „geny potlačující nádory“ (geny, které zabraňují rakovině). Ztlumit aktivitu proteinů opravujících DNA nechceme. Určitě ne dlouhodobě.
Retrográdní reakce je pro dočasné nouzové použití, nikoli pro dlouhodobé použití. Rakovinné buňky zůstávají v tomto režimu navždy, protože nemají jinou možnost.
Chaos mitochondrií
Být naplno v režimu fermentace s pouze pokulhávajícím dýcháním má následující účinky:
- Vznikají reaktivní formy kyslíku (ROS), které způsobují náhodná poškození.
- Komplexy železa a síry jsou poškozeny. Ty jsou potřebné v elektronovém transportním řetězci.
- Aktivuje se P-glykoprotein, který pumpuje léky z buněk. Díky tomu jsou nádorové buňky odolné vůči většině chemoterapie.
- Schopnost mitochondrií zahájit programovanou buněčnou sebevraždu (apoptózu) selhává. Když se v buňce něco vážného pokazí, je úkolem mitochondrií zajistit, aby se buňka v zájmu organismu sama zničila. Najednou ale přežívají rakovinné buňky s nejrůznějšími podivnými mutacemi; fermentace umožňuje nádorovým buňkám tento mechanismus obejít.
- Vápník uniká z mitochondrií do cytoplazmy. Správný tok vápníku je kritický pro normální buněčné dělení, protože na tom závisí mitotické vřeteno. To je struktura napomáhající chromozomům správně se oddělit. Vadná vřeténka zvyšují riziko špatného buněčného dělení – jedna dceřiná buňka dostává příliš mnoho chromozomů a druhá dceřiná buňka málo.
Důkazy spojující poškození mitochondrií a rakovinu
Pamatujete si z prvního článku, jak transplantace (mutantní) DNA z rakovinných buněk do zdravých buněk způsobila rakovinu v nejlepším případě pouze ve 2 z 24 případů? Pro srovnání se podívejme na některé výsledky transplantací mitochondrií:
- Spojení nádorové cytoplazmy (cytoplazma obsahuje mitochondrie) s normálními buňkami (se zdravou DNA v jejich jádrech) a následná injekce těchto hybridních buněk zvířatům vytváří nádory u 97 % zvířat.
- Transplantace normální cytoplazmy (mitochondrie) do nádorových buněk (s mutantní DNA v jejich jádrech) snižuje rakovinné chování.
- Spojení normální cytoplazmy (mitochondrie) s jádry nádoru (s mutantní DNA uvnitř) snižuje rychlost a míru tvorby nádoru.
- Pokud normální cytoplazmu (mitochondrie) ozáříte, ztratí schopnost zachraňovat nádorové buňky před rakovinným chováním (protože záření poškozuje mitochondrie).
- Přenos zdravých mitochondrií do buněk s poškozenými mitochondriemi snižuje rakovinné chování.
Tohle všechno znamená následující: stav DNA není to, co je důležité. Poškozené mitochondrie mohou proměnit zdravé buňky v rakovinné buňky a zdravé mitochondrie mohou zvrátit rakovinné chování v nádorových buňkách. To nám říká, že rakovina není genetické onemocnění. Rakovina je mitochondriální onemocnění.
Jak poškozené mitochondrie způsobují rakovinu?
Před miliardami let, než se rostliny uchytily na naší planetě, měla zemská atmosféra velmi málo kyslíku, a tak živí tvorové využívali fermentaci k výrobě energie. Organismy byly velmi jednoduché, bez sofistikovaných mechanismů, které by jim pomohly rozhodnout, kdy se rozmnožit. Prostě se množili co nejrychleji. Mitochondrie se objevily asi před 1,5 miliardami let, asi miliardu let poté, co se stal dostupným kyslík. Pravděpodobně už tehdy měly schopnost přepínat tam a zpět mezi fermentací a dýcháním v závislosti na tom, kolik kyslíku bylo kolem.
Mnoho buněk jednoduše zemře, pokud jejich mitochondrie něco poškodí. Pokud ale poškození není příliš náhlé nebo příliš vážné, některé buňky se přizpůsobí a přežijí. A to díky přepnutí zpět na fermentaci na výrobu energie. Mitochondriální poškození odemyká starodávnou sadu nástrojů již existujících adaptací, které umožňují buňkám přežít v prostředí s nízkým obsahem kyslíku.
Mitochondrie jsou tak dobré ve výrobě energie, že se předpokládá, že jejich příchod na evoluční scénu je z velké části zodpovědný za nárůst složitosti organismů. Stavba a podpora propracovaných nových tvorů se specializovanými orgány a schopnostmi vyžaduje spoustu energie. Pokud živý tvor nemá neustálý přísun energie, postupně podlehne entropii neboli chaosu. Pro buňky to znamená regresi . . . DNA se stává nestabilní; buňky ztrácejí své jedinečné tvary, jsou dezorganizované a začínají se nekontrolovatelně množit. To zní jako rakovina.
Co je zásadní ohledně rakoviny a mitochondrií?
Mitochondrie můžou poškodit různé věci v našem prostředí. To jsou stejné druhy věcí, o kterých si obvykle myslíme, že poškozují naši DNA. Ale doufejme, že vás první článek z této série přesvědčil, že poškozená DNA nakonec není primární příčinou rakoviny. Jsou to naše mitochondrie. Mitochondrie se starají o naše buňky a naši DNA. Studie ukazují, že nejprve dochází k poškození mitochondrií a poté následuje genetická nestabilita.
I když je kolem dostatek kyslíku, poškozené mitochondrie nemají jinou možnost, než se uchýlit ke fermentaci, která je primitivní, plýtvá a je „špinavá“. Buňky si za těchto okolností nemohou udržet formu a zůstat pod kontrolou. Sice žijí dál, ale nefungují jak mají. Buňky s poškozenými mitochondriemi, pokud přežijí, jsou vystaveny vysokému riziku, že se stanou rakovinnými.
Odkaz na 3. část čtyřdílné série článků.