เซลล์มะเร็งจะกระตุ้นการผลิตพลังงานทันทีเมื่อ DNA ถูกบีบอัดและได้รับความเสียหาย

เซลล์มะเร็งกระตุ้นการตอบสนองที่เปี่ยมไปด้วยพลังงานต่อแรงกดทางกายภาพได้ทันที จากผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Communicationsการระเบิดพลังงานครั้งนี้เป็นหลักฐานแรกที่แสดงกลไกการป้องกันที่ช่วยให้เซลล์ซ่อมแซม DNA ที่เสียหายและอยู่รอดในสภาวะที่คับแคบของร่างกายมนุษย์

การค้นพบเหล่านี้ช่วยอธิบายว่าเซลล์มะเร็งมีชีวิตรอดได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมเชิงกลที่ซับซ้อน เช่น การคลานผ่านสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอก การแทรกซึมของหลอดเลือดที่มีรูพรุน หรือการเอาชนะภาวะช็อกในกระแสเลือด การค้นพบกลไกนี้อาจนำไปสู่กลยุทธ์ใหม่ๆ ในการ “ยึดเกาะ” เซลล์มะเร็งก่อนที่จะแพร่กระจาย

นักวิจัยจากศูนย์ควบคุมจีโนม (CRG) ในบาร์เซโลนา ได้ค้นพบสิ่งนี้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เฉพาะทางที่สามารถย่อขนาดเซลล์สิ่งมีชีวิตให้เหลือเพียงสามไมครอน ซึ่งเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ประมาณสามสิบเท่า พวกเขาสังเกตเห็นว่าภายในไม่กี่วินาทีหลังจากถูกบีบอัด ไมโทคอนเดรียในเซลล์ HeLa จะพุ่งขึ้นสู่พื้นผิวของนิวเคลียสและเริ่มสูบฉีด ATP ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานโมเลกุลของเซลล์เพิ่มขึ้น

“สิ่งนี้บังคับให้เราต้องทบทวนบทบาทของไมโทคอนเดรียในร่างกายมนุษย์เสียใหม่ ไมโทคอนเดรียไม่ได้เป็นเพียงแบตเตอรี่แบบคงที่ที่ให้พลังงานแก่เซลล์เท่านั้น แต่ยังเป็น ‘ผู้ช่วย’ อัจฉริยะที่สามารถเรียกใช้งานในยามฉุกเฉินเมื่อเซลล์ถูกผลักดันจนถึงขีดจำกัด” ดร. ซาราห์ สเดลชี ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าว

ไมโทคอนเดรียก่อตัวเป็น "แสงเรืองรอง" หนาแน่นรอบนิวเคลียสจนนิวเคลียสถูกบีบเข้าด้านใน ปรากฏการณ์นี้พบในเซลล์มะเร็ง HeLa ที่ถูกบีบอัด 84 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับเซลล์ที่ลอยตัวและไม่มีการบีบอัดที่เกือบเป็นศูนย์ นักวิจัยเรียกโครงสร้างเหล่านี้ว่า NAM ซึ่งย่อมาจากไมโทคอนเดรียที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียส

เพื่อค้นหาว่า NAMs ทำงานอย่างไร นักวิจัยจึงใช้เซ็นเซอร์เรืองแสงที่จะสว่างขึ้นเมื่อ ATP เข้าสู่นิวเคลียส สัญญาณเพิ่มขึ้นประมาณ 60% เพียงสามวินาทีหลังจากเซลล์ถูกบีบ

“นี่เป็นสัญญาณที่ชัดเจนว่าเซลล์กำลังปรับตัวเข้ากับความเครียดและปรับโครงสร้างการเผาผลาญใหม่” ดร. ฟาบิโอ เปซซาโน ผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษานี้อธิบาย

การทดลองเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการเพิ่มพลังงานนี้จึงมีความสำคัญ การบีบอัดเชิงกลทำให้เกิดความเครียดต่อดีเอ็นเอ ทำให้สายดีเอ็นเอขาดและพันกัน เซลล์ต้องการสารประกอบเชิงซ้อนที่อาศัย ATP เพื่อทำให้โครงสร้างดีเอ็นเออ่อนแอลงและซ่อมแซมความเสียหาย เซลล์ที่ถูกบีบอัดและได้รับ ATP มากขึ้นจะซ่อมแซมดีเอ็นเอภายในไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่เซลล์ที่ไม่ได้รับ ATP มากขึ้นจะหยุดการแบ่งตัวตามปกติ

เพื่อยืนยันความสำคัญของกลไกนี้ในโรคนี้ นักวิจัยยังได้ตรวจสอบชิ้นเนื้อเนื้องอกเต้านมจากผู้ป่วย 17 ราย พบว่าพบรัศมี NAM ในนิวเคลียส 5.4% ที่ขอบเนื้องอกที่ลุกลาม เทียบกับ 1.8% ในแกนกลางที่หนาแน่น ซึ่งมีความแตกต่างกันสามเท่า

“ความจริงที่เราพบลายเซ็นนี้ในเนื้อเยื่อของผู้ป่วยยืนยันความสำคัญของมันนอกห้องปฏิบัติการ” ดร. Ritobrata (Rito) Ghose ผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษานี้อธิบาย

นักวิจัยยังสามารถศึกษากลไกของเซลล์ที่ทำให้เกิด “น้ำท่วม” ไมโทคอนเดรียได้ เส้นใยแอคติน ซึ่งเป็นเส้นใยโปรตีนชนิดเดียวกับที่ช่วยให้กล้ามเนื้อหดตัว ก่อตัวเป็นวงแหวนรอบนิวเคลียส และเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมจะดึง “กับดัก” ที่มีลักษณะคล้ายตาข่ายนี้เข้าด้วยกัน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการจัดเรียงตัวแบบผสมผสานนี้ช่วยยึด NAM ไว้กับที่ ก่อให้เกิด “รัศมี” เมื่อนักวิจัยรักษาเซลล์ด้วยลาทรันคูลิน เอ ซึ่งเป็นยาที่รบกวนแอคติน การก่อตัวของ NAM จะหายไปและระดับ ATP ก็ลดลงฮวบฮาบ

หากเซลล์ที่แพร่กระจายต้องพึ่งพาการแตกตัวของ ATP ที่เกี่ยวข้องกับ NAM ยาที่ทำลายโครงสร้างก็สามารถทำให้เนื้องอกรุกรานน้อยลงได้ โดยไม่ก่อให้เกิดพิษต่อไมโตคอนเดรียเองหรือส่งผลต่อเนื้อเยื่อที่แข็งแรง

“การตอบสนองต่อความเครียดทางกลเป็นความเปราะบางของเซลล์มะเร็งที่ยังไม่ค่อยเข้าใจนัก ซึ่งอาจเปิดโอกาสให้มีแนวทางการรักษาใหม่ๆ” ดร. Verena Ruprecht ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว

แม้ว่าการศึกษาจะมุ่งเน้นไปที่เซลล์มะเร็ง แต่ผู้เขียนชี้ให้เห็นว่านี่น่าจะเป็นปรากฏการณ์สากลทางชีววิทยา เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ผ่านต่อมน้ำเหลือง กระบวนการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาท และเซลล์ตัวอ่อนในช่วงการสร้างรูปร่าง ล้วนประสบกับความเครียดทางกายภาพที่คล้ายคลึงกัน

“เมื่อเซลล์อยู่ภายใต้แรงกดดัน พลังงานที่พุ่งขึ้นสู่นิวเคลียสน่าจะช่วยปกป้องความสมบูรณ์ของจีโนม” ดร. สเดลคี สรุป “นี่คือระดับการควบคุมใหม่โดยสิ้นเชิงในชีววิทยาของเซลล์ ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์สามารถอยู่รอดจากความเครียดทางกายภาพได้”