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胚胎干细胞在子宫中的代谢方式与癌细胞相仿 [复制链接]

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发表于 2012-3-25 15:51 |只看该作者 |倒序浏览 |打印
Embryonic Stem Cells Shift Metabolism in Cancer-Like Way Upon Implanting in Uterus9 D1 e1 l) s# ]6 O9 F& ^& L8 L( s
. h4 ~4 S9 J) q: j

4 H  y) G0 d& U. t' eScienceDaily (Mar. 23, 2012) — Shortly after a mouse embryo starts to form, some of its stem cells undergo a dramatic metabolic shift to enter the next stage of development, Seattle researchers have reported. These stem cells start using and producing energy like cancer cells.5 y/ p- r4 [; b- N* Z
  u' K2 y. ]/ _- b2 {# s

) J5 J8 D- [% E( @7 ?$ {) x  e) k' x" H. F5 L% \; m  |; G7 S
A colony of human embryonic stem cells. (Credit: Julie Mathieu)
7 |# g( I+ Z9 \6 t) _# `1 ]& Z
. y: e* P# ]8 T4 P--------------------------------------------------------------------------------
* x5 U" A  x( y% \, ^# {) W' l" B2 @0 `6 j
This discovery is recently published in EMBO, the European Molecular Biology Organization journal.  X6 l1 A7 W, G" L, D" F

5 S3 V2 O5 h6 n# A* i"These findings not only have implications for stem cell research and the study of how embryos grow and take shape, but also for cancer therapy," said the senior author of the study, Dr. Hannele Ruohola-Baker, University of Washington professor of biochemistry. The study was collaborative among several research labs in Seattle.  D0 d7 m# U0 F

. Q) M+ r( t% FThe metabolic transition they discovered occurs very early as the mouse embryo, barely more than a speck of dividing cells, implants in the mother's uterus. The change is driven by low oxygen conditions, Ruohola-Baker explained.
- j& q7 C% J) l7 |* c4 H# ?" P% X7 l" _7 {) X( z) d0 C- w; Z
The researchers also saw a specific type of biochemical slowdown in the stem cells' mitochondria -- the cells' powerhouses. The phenomenon previously was associated with aging and disease. This was the first example of the same downshift controlling normal early embryonic development./ }* {* r- v3 O5 Z8 v

1 D* a3 ]+ ]! U"This downshift coincides with the time when the germ line, the keeper of the genome for the next generation, is set aside," Ruohola-Baker said.. "Hence reduction of mitochondrial reactive oxygen species may be nature's way to protect the future.", q- O8 w( y$ T

! ~: H, |' R# y' lEmbryonic stem cells are called pluripotent because they have the ability to renew themselves and have the potential to become any cell in the body. Self-sustaining and versatile are qualities necessary for the growth, repair and maintenance of the body -- and for regenerative medicine therapies.
1 {3 x6 ^. Q$ @2 j0 e- n9 m& Z8 V5 d
Although they share these sought-after qualities, "Pluripotent stem cells come in several flavors," Ruohola-Baker explained. They differ in subtle ways that expand or shrink their capacities as the raw living material from which animals are shaped.
- q2 Q# \/ ~, r! C: k5 W
/ n  E, Z% q! z  c- Y) K, JThere's a big reason why the researchers wanted to understand the distinction between the stem cells that make up the inner cell mass of the free-floating mouse embryo, and those in the epiblast, or implantation stage. Mouse embryonic cells at the epiblast stage more closely resemble human embryonic stem cells -- and cancer cells.
5 ^) x: `9 v2 X: G1 R; x7 D0 b$ [+ h, {( x& k, }/ ?5 ?1 R
Human stem cells and mouse epiblast stem cells have lower mitochondrial respiration activity than do earlier stage mouse stem cells. This reduction occurs despite the fact that the later stage stem cells have more mature mitochondria. The researchers confirmed that certain genes that control mitochondria are turned down during the transition from inner cells mass to epiblast cells.
/ v, d. u, j$ G: V8 F
  s0 s4 [. K+ F$ iInstead, the transitioning cells obtain their energy exclusively from breaking down a sugar, glucose. In contrast, the earlier stage mouse embryonic stem cells have more energy options, dynamically switching from mitochondrial respiration to glucose breakdown on demand." X% g6 \1 n  |2 k8 K; i

3 C: }9 T3 {/ S7 M7 F- ]As the embryo enlarges from a few dividing cells to a dense mass that buries into uterus for further development, oxygen comes at a premium.3 e8 z' q. L. C) Q
9 n# @+ x+ d+ R
The researchers discovered that the low-oxygen conditions activate a transcription factor called hypoxia-inducible factor 1alpha. This factor is sufficient to drive mouse embryonic stem cells to rely exclusively on glucose metabolism for their energy. The next challenge is to reveal whether the metabolic switch is deterministic for the fate of these stem cells, in normal as well as in cancer development.
" j& F  L& m; t! w- `4 C. j( v
7 R5 ~5 x* w2 z. j% T) K; }This forced metabolic switch may determine the functional fate of some of the tiny mass of cells making up the primordial embryo. They transition first into epiblast stem cells and, afterward produce the entire developing embryo.: u" N& C2 z' J7 x' @5 e- N

# ^% L! n9 `. m5 Y/ R) [In cancer cells, the shift to a sugar-busting metabolism is known as the Warburg effect, the researchers explain. The Warburg effect sets in motion the biochemical activities that provide the fuel and materials required for rapid tumor cell growth and division.: u6 M; e0 ?; t/ d; s- ~! W1 s

: P# Y, [$ A' |: u6 P$ ZThe Warburg effect in embryonic cells, the researcher proposed, "may serve a similar function in preparation for the dramatic burst of embryonic growth and for the formation of the layers of the early embryo that later will become organs and other body structures."* Z$ g# O* U7 S# J) f- @; y. w0 G

& ]- G9 m( r* Q; n# qThe study was supported by grants from the National Institutes of Health.
6 g" q8 n9 Y) _3 v4 I5 N  T% I$ [& k$ m/ U; @! H, J1 K4 f
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/03/120323205508.htm
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沙发
发表于 2012-3-25 16:37 |只看该作者

胚胎干细胞在子宫中的代谢方式与癌细胞相仿

本帖最后由 sunsong7 于 2012-3-25 17:05 编辑
, A% n( m+ z' @% F
) }! k4 N# U4 \% q- w! C5 B4 G6 J【扩展阅读】. L7 @: c. n3 I' W9 Q# ~

EMBO:肿瘤细胞糖代谢新机制

6 N0 E/ A( C, d( B- W2 \
刘默芳,王恩多研究组EMBO文章 时间:2012年2月24日
' s: N# W3 l$ ^2 R: k生物通报道:来自中科院上海生科院生化与细胞所,复旦大学附属中山医院等处的研究人员发表了题为“A novel miR-155/miR-143 cascade controls glycolysis by regulating hexokinase 2 in breast cancer cells”的文章,发现miR-155可以作为炎症-肿瘤细胞能量代谢之间的关键中转信号分子,这揭示了炎症信号通路参与调控肿瘤细胞能量代谢的新机理,对了解炎症相关肿瘤的发生机制具有重要意义。相关成果公布在The EMBO Journal杂志上。. g- r  ?7 f# Q7 ^  W3 O. r
这些研究由上海生科院刘默芳研究组、王恩多研究组,与中山医院张宏伟教授、瑞金医院李彪教授、美国路易斯维尔大学李勇教授、中科院上海生命科学信息中心李党生研究员等合作完成。这项研究工作得到了国家科技部、国家基金委、中国科学院及上海市科委的资助。生物通 www.ebiotrade.com 2 R" ^* m$ b) J, i2 `% K% w& w6 {+ l$ ]% P
区别于正常细胞,肿瘤细胞即使在有氧条件下,也主要通过糖酵解方式分解葡萄糖获能,而非通过三羧酸循环和氧化磷酸化途径生产ATP,肿瘤细胞的这种有氧糖酵解现象被称为Warburg效应。Warburg效应对肿瘤微环境形成和维持、肿瘤细胞增殖、抗凋亡和转移等至关重要。慢性炎症和感染是肿瘤发生的一个重要诱因,已发现炎症信号参与调控肿瘤发生发展的各个步骤,但目前对促癌性炎症与Warburg效应之间是否有关联还知之甚少。
$ u; L: ^9 s/ }- Z, y1 {( V+ ?% e
刘默芳研究组蒋帅博士和助理实验师张凌飞等发现,促炎细胞因子(如IL-6、TNFa、IL-1b和IFN-g等)可在乳腺癌细胞中促进糖酵解、调控Warburg效应。有趣的是,继发现miR-155作用为炎症-肿瘤发生之间的桥梁分子后,该工作发现miR-155也可以作为炎症-肿瘤细胞能量代谢之间的关键中转信号分子。% @. _/ M' P$ T  A2 n+ R; a- b, a5 t* W
机制上,miR-155从两个层面上调了Warburg效应中的一个关键糖代谢酶基因——己糖激酶II(hexokinase 2, hk2)的表达:一方面,miR-155通过激活转录因子STAT3促进hk2的转录;另外一方面,miR-155通过靶向C/EBPb抑制miR-143的表达,在转录后水平解除了miR-143对靶基因hk2的抑制,保证了HK2蛋白的表达。更为重要的是,这种miR-155介导的双通路hk2上调机制也存在于其它癌细胞中,可能是联系炎症-肿瘤细胞能量代谢的普遍机制。这项工作揭示了炎症信号通路参与调控肿瘤细胞能量代谢的新机理,对了解炎症相关肿瘤的发生机制具有重要意义。
) y% I& y* i  G% t" I% ?9 ]; I(生物通:万纹)0 w5 Q5 w5 A+ ~' l) a# q/ P  K# w) R4 V
1 @1 V4 r) W, ~* ?, V

3 V/ e  @+ m  K# f4 b' i8 b6 X

研究揭示PKM2酶在癌细胞糖代谢中作用

9 f, x9 |$ Q; D3 N8 u4 b
作者:吕志民等 来源:《自然》 发布时间:2011-11-14    z; o1 F# r( S. [3 c* ?
6 q* n3 j5 [4 a
/ W4 W( |% B0 G$ F8 G" L
近日来自美国德州安德森肿瘤中心的研究人员在新研究中揭示了一种在癌细胞糖代谢过程中发挥关键性作用的酶——M2型丙酮酸激酶(PKM2)可通过一种非代谢机制促进细胞增殖和肿瘤形成。相关研究论文发表在11月6日的《自然》(Nature)杂志上。
9 w+ q, U9 R4 h * D4 m2 g3 H6 z8 C
领导这一研究的是美国德州安德森肿瘤中心肿瘤医学部的吕志民(Zhimin Lu)副教授,其早年毕业于泰山医学院,后赴美国纽约市立大学研究生院和加州萨尔克生物研究所从事博士及博士后研究工作。2003年起任职美国德克萨斯大学安德森肿瘤中心,迄今在Nature、PNAS、JBC等国际著名刊物上发表论文30余篇。
6 g  J0 S" T: u$ k2 P+ o ( q8 @. \9 H& P$ U
迅速生长的组织中细胞代谢调节(如胚胎或肿瘤)不同于正常成熟细胞。通过糖酵解,癌细胞比其他细胞以更高的效率吸收葡萄糖并产生能量和快速生长。正常细胞只有在缺氧的情况下进行糖酵解,而肿瘤细胞即使在不缺氧的情况下也优先进行糖酵解,消耗更多的葡萄糖和产生更多的乳酸,这就是著名的Warburg效应。过去的研究证实PKM2在这一过程的最后一个阶段发挥关键作用。当细胞受到生长因子信号刺激时,可导致PKM2活性抑制,促使糖酵解过程发生改变,导致葡萄糖分解产物累积,最终刺激癌细胞生长。3 [4 X( H! Z2 N8 I3 v$ E
" \! k; k2 a; h) |
“我们的研究表明除在肿瘤代谢中发挥重要的作用,PKM2还具有一个意想不到的关键功能——直接调控细胞的增殖,”吕志民博士说:“从根本上讲,PKM2直接参与调控了细胞生长相关的基因转录,这是一个非常让人感到惊讶的发现。”
  G1 {- o' {; P+ I. p 4 {0 Q' ^, z3 j+ [, j
研究人员在人类癌细胞中证实EGFR信号活化可诱导PKM2易位进入细胞核,在细胞核中PKM2的K433与β-catenin的c-Src磷酸化Y333位点结合,随后两结合蛋白招募至下游基因周期蛋白D1(CCND1)启动子区域,调控cyclin D1表达,加速细胞增殖和肿瘤生成。3 i% n/ P' C. W( g) ]
% e7 c' R, X5 \1 O! O4 s5 Q+ R
癌症细胞代谢和细胞周期进程是肿瘤的形成的关键,传统上认为主要是由不同的信号复合物来进行调控。新研究通过一个关键性的代谢酶整合了两条重要的肿瘤生长调控机制。研究结果表明这两个重要的调控过程都处在PKM2的控制之下。
. Z: f( _  G: X4 O3 O ) W& ]0 t# K2 K- i) Z7 A! _7 |& F  s/ T
此外,研究人员在对来自84位脑胶质瘤患者的样品进行分析后,发现细胞核内β-catenin磷酸化水平和PKM2含量,与脑部肿瘤恶化及预测有关系,或可以作为激酶抑制剂定制处理的生物标记。
" L# n3 D, D3 A
/ @% k7 T) t( ^, n" ]" L0 R" w“这一发现具有非常重要的意义,因为目前基于EGFR的治疗策略受到耐药性的影响疗效并不是很理想,”吕志民说:“这一发现为实现个体化治疗脑胶质瘤以及目前采用Src抑制剂治疗的其他肿瘤提供了重要的指引。”(来源:生物通 何嫱)  
3 |" t  Y5 D4 {7 a7 Y# j$ W5 P# G: i; ~) d0 X

/ C& K* I9 s, v) A% I- n, r

肿瘤细胞的代谢

! b/ I/ l5 [' ]( ^) e+ ]+ a

% K4 Y8 j5 N) d& ^* Dhttp://book.sina.com.cn 2012年03月13日17:34 新浪读书 0 @2 ]: x: ]. t0 w
; M! x" ?2 l. u7 `' n! P9 K0 \
糖酵解代谢阻断肿瘤治疗
* f7 x7 d/ `) D+ E7 r# y# D% x4 {8 U& y7 ~2 b, O0 _) K& r
癌细胞通常有非常高的分裂率。化疗和放疗的机理就是试图利用这一特点,将癌细胞杀死在生长期。然而,由辐射形成的自由基在糖酵解代谢产物的作用下,在癌细胞中被中和、抵消,以至于在癌细胞内,不能引发程序化细胞死亡。同样,用于化疗的毒性物质也不能达到癌细胞的预期死亡效果,因为糖酵解导致了线粒体的关闭,阻止了自我毁灭程序。因此化疗和放疗仅对不进行糖酵解、非浸润性肿瘤细胞有效。5 w. p) T; d& X& P* J
+ d) ~. A; v" ~4 O. }9 t
放疗的作用是什么?$ \) V$ [8 G' n) M
9 x' b0 n- o2 D
在伽马射线(伦琴射线)治疗过程中,在目标组织中会形成自由基,后者可改变DNA,从而导致被照射的细胞死亡。而且,人们尝试进行局部的限制性放疗,破坏更多癌细胞的同时,最低程度地破坏“健康”细胞。因为伦琴射线在到达癌细胞的过程中,同样会伤及射线通路上的健康细胞。随着健康细胞和良性肿瘤细胞在放射性辐射的作用下死亡,进行糖酵解的癌细胞却得以逃生,这是因为癌细胞中戊糖磷酸途径的激活阻止了程序化的细胞死亡的激活。一旦代谢方式转换,即可形成副产物NADPH ①。这种含氢的化合物能够减少谷胱甘肽。谷胱甘肽是非常重要的,它是适宜机体的抗氧化酶,保护细胞不受自由基(有侵略性的氧分子)的损伤。依靠谷胱甘肽,能够减少线粒体释放的细胞色素C,而细胞色素能够抑制激活程序化的细胞死亡,所以谷胱甘肽能够使癌细胞失去自我破坏的能力。这个过程之后的结果是:癌细胞比健康细胞更具有放疗抵抗性。此外,在糖酵解过程中,形成乳酸及代谢物丙酮酸,这些能非常有效地中和放疗中形成的自由基。连同对于自我破坏程序的抑制,癌细胞的抵抗性增强。简而言之,放疗结果与预期相反:当健康组织和无害的肿瘤组织死亡时,侵略性的癌细胞却存活下来。如果肿瘤细胞继续保持在线粒体内燃烧释能,那么经过放疗,肿瘤细胞很容易被杀死。因为这样的肿瘤细胞既不能形成谷胱甘肽,也不能形成丙酮酸来保护自己。对进行糖酵解的肿瘤细胞形成的恶性癌肿来说,放射线辐射治疗只能治疗由进行糖燃烧的肿瘤细胞形成的肿瘤。
, c! X8 u4 |# Q$ }: T; c% v7 I
+ v) U* F) N- {9 y化疗的抵抗性
* D7 l9 I: R2 L
6 m) @+ @& i2 |/ S3 w( A' P4 b, C% c对于癌症病人来说更加棘手的是,采取化疗时,进行糖酵解的癌细胞以同一机理进行抵抗。2005年,美国的研究小组已经证明了这个论点。同时,学者们也指出,去除葡萄糖能够让侵袭性的癌细胞死亡,这是癌症治疗中非常重要的起点。# n' k0 W0 q! E5 F* v

. ~% u. I, D- v( E+ @; u促发浸润的因素——糖
% X5 A- p. U" ~' D& }. x2 o* @
0 b5 j9 i7 D  E5 l0 O# b. W新形成的肿瘤细胞或癌细胞首先能够像大部分健康细胞一样,来回转换获取能量的方式(糖酵解及糖燃烧)。如果有足够持续不断的糖源时,这些细胞会失去激活糖燃烧的能力。从此,它们就完全依赖葡萄糖,将糖作为唯一的能源。癌细胞利用糖酵解的优势,有效地抵抗目前采用的治疗措施。除上述的全部细节外,这种机理也存在一个很大的弱点——刚好是可以利用的:癌细胞的糖需求量非常高。只有提供足够的糖,它才能进行糖酵解,提供能量。因为糖酵解能量的利用率与葡萄糖燃烧相比是非常低的,癌细胞需要摄取正常情况下20~30倍的葡萄糖。因此,癌细胞具有很高的葡萄糖依赖性。
9 C( M3 \; I5 q" H( o% _) h0 g9 b% u, q" p
新的治疗方法: g* J$ c) Z* z- i6 ?; O
2 }  h& X- M% x7 e- k6 G- U
实验中发现,采用化疗或放疗的治疗方法,对进行糖燃烧的癌细胞来说,可以将其致死; 对进行糖酵解的癌细胞来讲,治疗使它们获得了优势,得以在空间上扩展。首先癌细胞无须与其他细胞分享供能物质葡萄糖,并且进行化疗和放疗时,糖酵解的癌细胞更不易被杀死。最终,只剩下进行糖酵解的癌细胞。因此,致命性的结果就是癌瘤不仅能够抵抗免疫系统的攻击,也能抵抗目前的肿瘤治疗(放疗或化疗)。! Q' o' P; S# m

+ i" q& ?+ }3 R8 g7 ^胚胎干细胞的高代谢(附原文) http://www.stemcell8.cn/thread-13938-1-1.html( j( [  e& L6 s! `, h6 ]4 {: `2 t
葡萄糖代谢产物乙二醛导致端粒酶永生化人间充质干细胞的衰老 http://www.stemcell8.cn/thread-53948-1-1.html
% L' u1 |, c- W0 [% E* A/ p靶向癌症代谢:开启治疗窗口 http://www.stemcell8.cn/thread-46037-1-1.html. e( ?4 T& ]" e2 d6 j+ k0 t2 J1 f
癌症细胞新陈代谢的调控 http://www.stemcell8.cn/thread-34198-1-1.html2 I; A; o) @* n  _3 X& U$ L/ G& V
癌细胞糖酵解代谢是一种返祖重现 http://www.stemcell8.cn/thread-38529-1-1.html# M" h/ Y/ {8 M
脑癌细胞与癌起始细胞代谢方式明显不同 http://www.stemcell8.cn/thread-45933-1-1.html
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藤椅
发表于 2012-3-27 09:46 |只看该作者

胚胎干细胞在子宫中的代谢方式与癌细胞相仿

hao  好  非常好
- h7 P- G4 ?. O. Z
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