Otto Heinrich Warburg ja aineenvaihduntasairaudet (6. osa)

Otto Warburg.

Kaipparettu, Wong ja kollegat ovat tehneet viimeaikaisia ​​tutkimuksia, jotka osoittavat, että ei-syöpäsolujen mitokondrioiden lisääminen erittäin pahanlaatuisiin rintasyöpäsoluihin voisi kääntää pahanlaatuisuuden ja vähentää useita onkogeenisia reittejä, mukaan lukien niitä, jotka liittyvät säätelemättömään solukasvuun, elinkykyyn hypoksiassa, anti-apoptoottisiin ominaisuuksiin, resistenssiin syöpälääkkeille, invaasioon, pesäkkeiden muodostumiseen pehmeässä agarissa ja in vivo -kasvainkasvuun alastomilla hiirillä (Kaipparettu BA, Ma Y., Park JH, Lee TL, Zhang Y., Yotnda P., ym. (2013). Ei-syöpäisten mitokondrioiden aiheuttama signaalien siirtyminen voi estää metastaattisten solujen kasvainominaisuuksia tukahduttamalla onkogeenisiä reittejä. PLoS ONE 8:e61747. 10.1371/journal.pone.0061747). Normaaleilla mitokondrioilla varustetuilla hiirillä havaittiin tehostunutta mitokondrioiden toimintaa, mukaan lukien lisääntynyt ATP-synteesi, hapenkulutus ja hengitysketjun aktiivisuus, huolimatta syöpäsolun tuman genomin läsnäolosta. Merkittävä havainto oli, että vaikka useimpia mitokondrioproteiineja koodaavat geenit sijaitsevat tumassa, ei-syöpäsolusta peräisin olevien mitokondrioiden lisääminen syöpäsoluympäristöön johti onkogeenisten reittien ja tuumorigeenisen fenotyypin heikkenemiseen. Cruz-Bermudez ym. raportoivat äskettäin samankaltaisia ​​havaintoja osoittaen, että in vivo -tuumorigeenisyys oli merkittävästi alhaisempi 143B-osteosarkoomasolun tuman ja normaalin mitokondrion sisältävillä sybrideillä kuin 143B-soluilla, jotka sisälsivät mitokondrioita, joissa oli erilaisia ​​mutaatioita mtDNA:ssa (Cruz-Bermúdez A., Vallejo CG, Vicente-Blanco RJ, Gallardo ME, Fernández-Moreno MA, Quintanilla M., et ai. (2015). Mitokondrioiden DNA:n lievät mutaatiot lisäävät kasvaimia. Oncotarget 6, 13628–13643). Toisin sanoen normaalit mitokondriot kykenivät estämään tuumorigeenisyyttä, vaikka tumorgeeninen tuma olisi edelleen läsnä. Näiden tutkimusten tulokset täydentävät edellä mainittujen ydinsiirtokokeiden tuloksia ja korostavat mitokondrioiden tärkeää roolia kasvainten synnyssä ja säätelyssä. Nämä havainnot ovat linjassa sen näkemyksen kanssa, että kasvainten synty johtuu enemmän mitokondrioiden virheistä kuin somaattisista mutaatioista ydingenomissa.

Kaikkien teorian, joka yrittää selittää monimutkaista biologista ilmiötä, kuten syöpää, tulisi käsitellä teorian vaikeuksia tai epäjohdonmukaisuuksia sen sijaan, että ne jätettäisiin huomiotta. Olen yrittänyt käsitellä näitä kysymyksiä. Esimerkiksi Akimoto, Hayashi ja työtoverit raportoivat, että genomikimeeran hiiren fibroblastit, jotka kantoivat kasvainsolujen tuman DNA:ta ja normaaleista soluista peräisin olevaa mtDNA:ta, ilmensivät kasvaingeenisyyttä, kun taas ne, jotka kantoivat normaaleista soluista peräisin olevaa tuman DNA:ta ja kasvainsoluista peräisin olevaa mtDNA:ta, eivät ilmenneet (Akimoto M., Niikura M., Ichikawa M., Yonekawa H., Nakada K., Honma Y. et ai. (2005). Ydin-DNA, mutta ei mtDNA, säätelee kasvainfenotyyppejä hiiren soluissa. Biochem. Biophys. Res. Commun. 327, 1028–1035. 10.1016/j.bbrc.2004.12.105). Nämä havainnot viittaavat siihen, että tuman DNA, mutta ei mtDNA, oli vastuussa karsinogeenin aiheuttamasta pahanlaatuisesta transformaatiosta näissä hiiren fibroblasteissa. Nämä havainnot herättävät kysymyksen tuman ja mitokondrioiden roolista kasvainten alkuperässä, ja niitä tulisi tarkastella tässä katsauksessa raportoitujen in vivo -tumansiirtokokeiden valossa. Israel ja Schaeffer kuvailivat erilaisten in vitro -historioiden roolia hybriditutkimuksissa havaittujen epäjohdonmukaisuuksien taustalla (Israel BA, Schaeffer WI (1988). Sytoplasman välityksellä tapahtuva pahanlaatuisten kasvainten välittyminen. In Vitro Cell. Dev. Biol. 24, 487–490. 10.1007/BF02628504). Lisätutkimuksia tarvitaan joidenkin in vivo- ja in vitro -siirtokokeiden tulosten erojen yhteensovittamiseksi.

Mitokondriaalisen DNA:n (mtDNA) rooli syövän synnyssä ja etenemisessä on kuitenkin kiistanalainen. Patogeenisiä mtDNA-mutaatioita laajasta valikoimasta kemiallisesti indusoituja ja luonnollisesti syntyviä hiiren aivokasvaimia ei löytynyt (Kiebish MA, Seyfried TN (2005). Patogeenisten mitokondrioiden DNA-mutaatioiden puuttuminen hiiren aivokasvaimissa. BMC Cancer 5:102. 10.1186/1471-2407-5-102). Tutkimukset olivat kattavia siinä mielessä, että koko mitokondriaalinen genomi sekvensoitiin ja eristettiin sekä puhdistettiin ensin mitokondriot kasvainkudoksesta. Monien raportoitujen kasvaimissa havaittujen mtDNA-mutaatioiden uskotaan syntyvän artefaktteina, mahdollisesti tumaan upotettujen mtDNA-sekvenssien (NUMT) monistumisen kautta (Salas A., Yao YG, Macaulay V., Vega A., Carracedo A., Bandelt HJ (2005). Mitokondrioiden roolin kriittinen uudelleenarviointi kasvainten synnyssä. PLoS Med 2:e296. 10.1371/journal.pmed.0020296; Schon EA, Dimauro S., Hirano M. (2012). Ihmisen mitokondriaalinen DNA: periytyvien ja somaattisten mutaatioiden roolit. Nat. Rev. Genet. 13, 878–890. 10.1038/nrg3275). Toisaalta tuumorigeeninen fenotyyppi liittyy epänormaaleihin mitokondriaalisiin lipideihin (Kiebish MA, Han X., Cheng H., Chuang JH, Seyfried TN (2008). Kardiolipiinin ja elektronin kuljetusketjun poikkeavuudet hiiren aivokasvaimen mitokondrioissa: lipidomiset todisteet, jotka tukevat Warburgin syöpäteoriaa. J. Lipid Res. 49, 2545–2556. 10.1194/jlr.M800319-JLR200). Yhtäkään kasvainta ei ole vielä löydetty, jolla olisi normaali kardiolipiinin pitoisuus tai koostumus. Kardiolipiini on mitokondrion sisäisen kalvon tunnuslipidi, joka säätelee oksidatiivista fosforylaatiota (Kiebish MA, Han X., Cheng H., Seyfried TN (2009). In vitro -kasvuympäristö tuottaa lipidomiikka- ja elektroninsiirtoketjujen poikkeavuuksia mitokondrioissa ei-kasvaimista peräisin olevissa astrosyyteissä ja aivokasvaimissa. ASN Neuro 1:e00011. 10.1042/AN20090011; Claypool SM, Koehler CM (2012). Kardiolipiinin monimutkaisuus terveydessä ja sairaudessa. Trends Biochem. Sci. 37, 32–41. 10.1016/j.tibs.2011.09.003; Seyfried TN, Flores RE, Poff AM, D'agostino DP (2014). Syöpä aineenvaihduntasairautena: vaikutukset uusiin hoitomuotoihin. Carcinogenesis 35, 515–527. 10.1093/carcin/bgt480). Mitokondrioihin liittyviä proteomipoikkeavuuksia on myös raportoitu useissa kasvaimissa (Unwin RD, Craven RA, Harnden P., Hanrahan S., Totty N., Knowles M., ym. (2003). Proteomiset muutokset munuaissyövässä ja Warburgin vaikutuksen glykolyyttisten ja mitokondriaalisten näkökohtien koordinoitu osoittaminen. Proteomics 3, 1620–1632. 10.1002/pmic.200300464; Ristow M., Cuezva JM (2009). Oksidatiivinen fosforylaatio ja syöpä: jatkuva Warburgin hypoteesi, teoksessa Cellular Respiration and Carcinogenesis, toim. Sarangarajan R., Apte S. (New York, NY: Humana Press; ), 1–18; Dai Z., Yin J., He H., Li W., Hou C., Qian X., ym. (2010). Ihmisen munasarjasyöpäsolujen ja niiden platinaresistenttien alalinjojen mitokondrioiden vertaileva proteomiikka. Proteomics 10, 3789–3799. 10.1002/pmic.200900685; Deighton RF, Le Bihan T., Martin SF, Gerth AM, McCulloch M., Edgar JM ym. (2014). Mitokondriaalisten proteiinien vuorovaikutukset muuttuvat glioblastoomassa. J. Neurooncol. 118, 247–256. 10.1007/s11060-014-1430-5). Nämä löydökset tarjoavat lisätodisteita Warburgin alkuperäisen teorian tueksi. Pedersen dokumentoi laajan kirjon mitokondrioiden poikkeavuuksia, joita esiintyy kasvainsoluissa (Pedersen PL (1978). Kasvaimen mitokondriot ja syöpäsolujen bioenergetiikka. Prog. Exp. Tumor Res. 22, 190–274. 10.1159/000401202). Näin ollen syöpään liittyvät mitokondrioiden poikkeavuudet voivat sisältää muutakin kuin vain mitohondarioDNA:n mutaatioita. Hiljattain on esitetty yhteenveto siitä, miten useimmat syövät voivat johtua mitokondrioiden rakenteen ja toiminnan poikkeavuuksista (Seyfried TN (2012a). Syöpä aineenvaihduntasairaudena: syövän alkuperästä, hoidosta ja ehkäisystä. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; Seyfried TN, Flores RE, Poff AM, D'agostino DP (2014). Syöpä aineenvaihduntasairautena: vaikutukset uusiin hoitomuotoihin. Carcinogenesis 35, 515–527. 10.1093/carcin/bgt480).

Jos useimmat syövät johtuvat mitokondrioiden hengityskapasiteetin kroonisista poikkeavuuksista, miksi syöpä olisi harvinainen joillakin henkilöillä, jotka perivät mitokondrioiden toimintaa vahingoittavia mutaatioita? Esimerkiksi syöpä on harvinainen familiaalista amyotrofista lateraaliskleroosia (ALS) sairastavilla potilailla (Vigliani MC, Polo P., Chio A., Giometto B., Mazzini L., Schiffer D. (2000). Amyotrofista lateraaliskleroosia ja syöpää sairastavat potilaat eivät eroa kliinisesti sporaattista amyotrofista lateraaliskleroosia sairastavista potilaista. J. Neurol. 247, 778–782. 10.1007/s004150070092). Familiaaliseen ALS:ään liittyy mutaatioita Cu/Zn-superoksididismutaasigeenissä (SOD), joka häiritsee hengitystoimintaa ja johtaa hermoston rappeutumiseen (Rosen DR (1993). Cu/Zn-superoksididismutaasigeenin mutaatiot liittyvät familiaaliseen amyotrofiseen lateraaliskleroosiin. Nature 364, 362. 10.1038/362059a0; Dupuis L., Gonzalez de Aguilar JL, Oudart H., de Tapia M., Barbeito L., Loeffler JP (2004a). Mitokondriot amyotrofisessa lateraaliskleroosissa: laukaisin ja kohde. Neurodegener. Dis. 1, 245–254. 10.1159/000085063, Dupuis L., Oudart H., Rene F., Gonzalez De Aguilar JL, Loeffler JP (2004b). Todisteita viallisesta energiatasapainosta amyotrofisessa lateraaliskleroosissa: runsasenergisen ruokavalion hyöty transgeenisessä hiirimallissa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 11159–11164. 10.1073/pnas.0402026101). Keskushermoston neuroneissa syntyvät kasvaimet ovat kuitenkin harvinaisia, koska neuronit eivät pysty ylläpitämään käymistä, kun hengitys on heikentynyt (Allen NJ, Karadottir R., Attwell D. (2005). Glykolyysin ensisijainen rooli rotan hippokampuksen alueen CA1-pyramidisolujen anoksisen depolarisaation estämisessä. J. Neurosci. 25, 848–859. 10.1523/JNEUROSCI.4157-04.2005). Esimerkiksi mitokondriaalinen ROS tappaa dopaminergisiä neuroneja Parkinsonin taudissa aiheuttamatta syöpää (Eng C., Kiuru M., Fernandez MJ, Aaltonen LA (2003). Mitokondrioiden entsyymien rooli perinnöllisessä neoplasiassa ja muualla. Nat. Rev. Cancer 3, 193–202. 10.1038/nrc1013). Syöpä on myös harvinaista Barthin oireyhtymää sairastavilla lapsilla, joihin liittyy kardiolipiinien uudelleenmuodostuksen poikkeavuuksia ja hengityselinten toimintahäiriöitä (Claypool SM, Koehler CM (2012). Kardiolipiinin monimutkaisuus terveydessä ja sairaudessa. Trends Biochem. Sci. 37, 32–41. 10.1016/j.tibs.2011.09.003; Clarke SL, Bowron A., Gonzalez IL, Groves SJ, Newbury-Ecob R., Clayton N., ym. (2013). Barthin oireyhtymä. Orphanet J. Rare Dis 8:23. 10.1186/1750-1172-8-23). Barthin oireyhtymää sairastavilla lapsilla esiintyy kuitenkin myös hypoglykemiaa, joka estäisi glukoosin käymistä ja Warburgin ilmiötä, jota tarvitaan kasvainten muodostumiseen. Useimmat kasvaimet syntyvät soluissa, jotka pystyvät lisäämään glykolyysireitin toimintaa kompensoidakseen oksidatiivisen fosforylaation asteittaista ja kroonista häiriintymistä. Solut, jotka eivät pysty siirtymään energiasta hengityksestä käymiseen, kuolevat eivätkä koskaan kehity kasvaimia aiheuttaviksi, kuten Warburg ensimmäisenä mainitsi (Warburg O. (1956a). Syöpäsolujen alkuperästä. Science 123, 309–314. 10.1126/science.123.3191.309).

Perinnöllisen mitokondrio-oireyhtymän, myoklonusepilepsian ja ragged-red fibers (MERRF) kantajilla löydetään useita symmetrisiä lipoomakasvaimia, joissa oli poikkeavia mitokondrioita (Holme E., Larsson NG, Oldfors A., Tulinius M., Sahlin P., Stenman G. (1993). Useita symmetrisiä lipoomia, joissa on paljon mtDNA:ta, ja tRNA(Lys) A–>G(8344)-mutaatio ainoana taudin ilmentymänä myoklonusepilepsian ja ragged-red fibers (MERRF) -oireyhtymän kantajalla. Am. J. Hum. Genet. 52, 551–556). Lipoomissa ilmeni mutaatioita tRNA-lysiiniä koodaavassa mitokondrio-DNA-geenissä, mikä viittaa siihen, että lipoomat johtuivat mitokondrio-DNA-mutaatioista. Mitokondrio-DNA-mutaatiot yhdistettiin myös tuman genomin epävakauteen, johon liittyi makroskooppisia kromosomipoikkeavuuksia. Vaikka kasvaimet johtuivat mitokondrio-DNA-mutaatiosta, tuman genomin epävakaus olisi voinut syntyä raportoitujen mitokondrioiden poikkeavuuksien toissijaisena seurauksena. Nämä löydökset olisivat yhdenmukaisia ​​sen näkemyksen kanssa, jonka mukaan kasvaimissa havaittu genomin epävakaus johtuu mitokondrioiden toimintahäiriön ja muuttuneen oksidatiivisen fosforylaation toissijaisesta vaikutuksesta (Seyfried TN, Shelton LM (2010). Syöpä aineenvaihduntasairaudena. Nutr. Metab. (Lond.) 7:7. 10.1186/1743-7075-7-7; Chandra D., Singh KK (2011). Geneettisiä näkemyksiä OXPHOS-defektistä ja sen roolista syövässä. Biochim. Biophys. Acta 1807, 620–625. 10.1016/j.bbabio.2010.10.023; Seyfried TN, Flores RE, Poff AM, D'agostino DP (2014). Syöpä aineenvaihduntasairautena: vaikutukset uusiin hoitomuotoihin. Carcinogenesis 35, 515–527. 10.1093/carcin/bgt480; Bartesaghi S., Graziano V., Galavotti S., Henriquez NV, Betts J., Saxena J., ym. (2015). Oksidatiivisen aineenvaihdunnan esto johtaa p53:n geneettiseen inaktivoitumiseen ja transformaatioon hermostollisissa kantasoluissa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 1059–1064. 10.1073/pnas.1413165112). Cruz-Burmedezin ym. tuoreet löydökset osoittavat, että tuumorigeenisyys on suurempi mitokondrioiden DNA:n mutaatioiden yhteydessä, jotka aiheuttavat vähemmän vakavaa mitokondrioiden toimintahäiriötä, kuin mitokondrioiden DNA:n mutaatioiden yhteydessä, jotka aiheuttavat vakavaa oksidatiivisen fosforylaation toimintahäiriötä (Cruz-Bermúdez A., Vallejo CG, Vicente-Blanco RJ, Gallardo ME, Fernández-Moreno MA, Quintanilla M., et ai. (2015). Mitokondrioiden DNA:n lievät mutaatiot lisäävät kasvaimia. Oncotarget 6, 13628–13643). Nämä löydökset viittaavat siihen, että kasvaimen syntyminen edellyttää jonkinasteista mitokondrioiden oksidatiivista fosforylaatiota. Oksidatiivinen fosforylaatio ei kuitenkaan todennäköisesti ole välttämätöntä erittäin pahanlaatuisten rintasyöpäkasvainten etenemiselle, joissa on vain vähän tai ei lainkaan mitokondrioita (Elliott RL, Jiang XP, Head JF (2012). Mitokondrio-organellien siirto: normaalien epiteeli-mitokondrioiden lisääminen ihmisen syöpäsoluihin estää proliferaatiota ja lisää lääkeherkkyyttä. Breast Cancer Res. Treat. 136, 347–354. 10.1007/s10549-012-2283-2). Kollegat ovat samaa mieltä Engin kanssa siitä, että tarvitaan lisätutkimuksia mitokondrioiden toiminnan geneettisistä, solutason ja kliinisistä näkökohdista suhteessa syöpäriskiin (Eng C., Kiuru M., Fernandez MJ, Aaltonen LA (2003). Mitokondrioiden entsyymien rooli perinnöllisessä neoplasiassa ja muualla. Nat. Rev. Cancer 3, 193–202. 10.1038/nrc1013).

Otto Heinrich Warburg ja aineenvaihduntasairaudet (5. osa) 

Otto Heinrich Warburg.

Lucken sammakokeiden tulokset ovat yhdenmukaisia ​​mitokondrioiden aineenvaihduntateorian kanssa, mutta niitä on vaikea sovittaa yhteen syövän somaattisten mutaatioiden teorian kanssa (Seyfried, 2012d). Munasolu, josta on poistettu tuma, sisältää normaalin munasolun sytoplasman mitokondriot. Nämä mitokondriot ohjaavat normaalia energiatasapainoa kehityksen aikana. Näkemykseni on, että normaali energiatasapaino " ehkäisee kasvainten muodostumista kasvaimen tumasta ja somaattisista mutaatioista huolimatta " (Seyfried, 2012d). Myöhemmät tutkimukset viittasivat siihen, että Lucken kasvainten herpesviruksen häviäminen liittyi kasvainten muodostumiskyvyn menetykseen (Carlson DL, Sauerbier W., Rollins-Smith LA, Mckinnell RG (1994). Herpesvirus-DNA:n kohtalo Lucken munuaiskarsinooman ytimistä kloonatuissa alkioissa ja nuijapäissä. J. Comp. Pathol. 111, 197–204. 10.1016/S0021-9975(05)80051-9). Tätä virusta pidettiin munuaiskasvainten synnystä vastaavana tekijänä. Nykyään kuitenkin tiedetään, että herpesvirus voi muuttaa mitokondrioiden toimintaa ja indusoida kasvainten muodostumista (D'agostino DM, Bernardi P., Chieco-Bianchi L., Ciminale V. (2005). Mitokondriot ihmisen kasvainvirusten koodaamien proteiinien funktionaalisina kohteina. Adv. Cancer Res. 94, 87–142. 10.1016/s0065-230x(05)94003-7; Seyfried TN (2012c). Geenit, hengitys, virukset ja syöpä aineenvaihduntasairaudena: syövän alkuperästä, hoidosta ja ehkäisystä. (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 145–176 ). Ackerman ja Kurtz osoittivatkin, että herpesviruksilla on läheinen kiintymys mitokondrioihin, mikä aiheuttaa toimintahäiriöitä hengitystoiminnassa (Ackermann WW, Kurtz H. (1952). Herpesviruksen suhde isäntäsolun mitokondrioihin. J. Exp. Med. 96, 151–157. 10.1084/jem.96.2.151). Näin ollen viruksen vaurioittamien mitokondrioiden korvaaminen isännän normaaleilla mitokondrioilla voisi estää kasvainten muodostumista munuaiskasvaimen tumasta huolimatta (Seyfried, 2012d). Sammakon munuaiskasvaimen löydökset ovat samanlaisia ​​kuin edellä kuvatut soluhybridikokeiden löydökset, ja ne kyseenalaistavat somaattisten mutaatioiden teorian selityksenä tämän tyyppiselle syöpälle.

Samanlaisia ​​löydöksiä kuin Lucke-sammakon munuaiskasvaimella saadut löydökset saatiin myös hiiren kasvaimien tumansiirron jälkeen. Morgan ja kollegat osoittivat, että hiiren aivokasvaimen tumat, jotka olivat peräisin pikkuaivojen jyvässoluista (medulloblastooma), voivat ohjata normaalia kehitystä, kun kasvaimen tumat siirrettiin enukleoituihin somaattisiin soluihin (Li L., Connelly MC, Wetmore C., Curran T., Morgan JI (2003). Aivokasvaimista kloonattuja hiirialkioita. Cancer Res. 63, 2733–2736.). Heidän tutkimuksensa osoittaa, että normaaleja alkion kudoksia ja sukusolukerroksia voi muodostua soluista, jotka sisältävät kasvaimen tumat. Nämä tutkijat osoittivat, että kasvainsolun tuman siirto normaaliin sytoplasmaan tumarigeenistä fenotyyppiä tukahdutti, vaikka mutanttiydingeeni (Patched) oli edelleen läsnä, jonka ajateltiin olevan vastuussa alkuperäisestä kasvaingeenisestä fenotyypistä (Li et al., 2003; Seyfried, 2012d). Siirretyt medulloblastooma-tumakkeet tuottivat implantaation jälkeisiä alkioita, jotka kävivät läpi normaalin kudosten erilaistumisen ja varhaisen vaiheen organogeneesin. Tärkeää on, että missään vastaanottajahiiristä ei havaittu pahanlaatuisia kasvaimia tai epänormaalia solukasvua. Viljellyissä blastokysteissa havaittiin normaalia proliferaation säätelyä, mikä viittaa siihen, että pelkät tuman somaattiset mutaatiot eivät todennäköisesti olleet vastuussa alkuperäisestä tuumorigeenisestä fenotyypistä (Li et al., 2003).

Li ja työtoverit ehdottivat, että medulloblastooman aiheuttavan tuumorigeenisen Patched- mutaation täytyy toimia pikkuaivojen jyvässolulinjan kontekstissa, eikä mutaatio tue pahanlaatuisten solujen lisääntymistä pikkuaivojen ulkopuolella (Li et al., 2003). Vaikka medulloblastooman tumien epigeneettinen uudelleenohjelmointi tarjottiin selitykseksi heidän havainnoilleen, on myös mahdollista, että heidän havaintonsa johtuivat toimintahäiriöisten mitokondrioiden korvautumisesta normaalisti toimivilla mitokondrioilla, joita olisi vastaanottajan kantasolussa (Seyfried, 2012d). Tämän hiiren aivokasvainmallin tulokset ovat yhdenmukaisia ​​Lucke-sammakon munuaiskasvaimessa havaittujen tulosten kanssa. Lin ym. havainnot tukisivat myös Mintzin ja Illmenseen aiempia havaintoja, jotka osoittivat, että normaalin näköisiä hiiriä voitiin kloonata pahanlaatuisista teratoomeista saaduista kasvainsolujen tummista, ja että " ydingeenin rakenteelliset mutaatiot eivät voi olla vastuussa kasvaimen muodostumisesta" (Mintz B., Illmensee K. (1975). Normaalit geneettisesti mosaiikkiset hiiret, jotka on tuotettu pahanlaatuisista teratokarsinoomasoluista. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 72, 3585–3589). Yhdessä tarkasteltuna nämä havainnot osoittavat, että pelkät ydingeenimutaatiot eivät voi selittää kasvainten alkuperää. Vaikka havainnot paljastavat mitokondrioiden mahdollisen roolin kasvainten synnyn moduloinnissa, niitä on vaikea selittää somaattisten mutaatioiden teorian avulla.

Hochedlingerin, Jaenischin ja kollegoiden työ tuki myös Lucke-sammakon ja hiiren medulloblastooman kokeiden tuloksia (Hochedlinger K., Blelloch R., Brennan C., Yamada Y., Kim M., Chin L., ym. (2004). Melanooman genomin uudelleenohjelmointi ydinsiirrolla. Genes Dev. 18, 1875–1885. 10.1101/gad.1213504). Nämä tutkijat havaitsivat, että hiiren melanoomasolujen tumat pystyivät tuottamaan normaalin näköisiä blastokystoja ilman merkkejä säätelemättömästä soluproliferaatiosta. He osoittivat myös, että normaaleja blastokystoja voitiin muodostaa p53 -/- rintasyöpäsoluista ja että normaaleja blastokystoja ja alkiosolulinjoja voitiin muodostaa melanooman tummista. Nämä tutkijat ehdottivat, että munasoluympäristö voisi estää eri kasvaintyyppien pahanlaatuisen fenotyypin ja että kasvaintumat voisivat ohjata normaalin näköistä kehitystä varhaisissa hiirialkioissa (Hochedlinger et al., 2004; Seyfried, 2012d). Munasolun sytoplasman odotetaan sisältävän normaaleja mitokondrioita. Aikaisemmin mainittujen kybrideillä, sammakoilla ja hiirillä tehtyjen tutkimusten perusteella olisi järkevää olettaa, että hengityskykyiset normaalit mitokondriot estäisivät kasvainten muodostumista. Voidaan ehdottaa, että kasvaimen tumat ohjaavat normaalia kehitystä niin kauan kuin sytoplasmassa on normaalisti toimivia mitokondrioita. Kirjoittajat kuitenkin osoittivat, että kasvaimia voi muodostua joissakin kasvaimen tumista kloonatuissa hiirissä, kunhan Ras -onkogeeni ilmentyy yhdessä kasvaimeen liittyvien mutaatioiden kanssa. Nyt tiedetään, että Ras -onkogeeni indusoi kasvainten muodostumista estämällä mitokondrioiden oksidatiivista fosforylaatiota (Hu Y., Lu W., Chen G., Wang P., Chen Z., Zhou Y., ym. (2012). K-ras(G12V):n transformaatio johtaa mitokondrioiden toimintahäiriöön ja aineenvaihdunnan muuttumiseen oksidatiivisesta fosforylaatiosta glykolyysiin. Cell Res. 22, 399–412. 10.1038/cr.2011.145). Siksi hengityselinten vauriot ovat välttämätön edellytys kasvainten muodostumiselle.

Hochedlingerin ja Jaenischin ryhmän tutkimukset osoittivat myös, että kloonatuista melanoomasoluista peräisin olevat alkion kantasolut kykenivät erilaistumaan useiksi somaattisiksi solulinjoiksi, mukaan lukien fibroblastit, lymfosyytit ja melanosyytit (Hochedlinger et al., 2004). ” On huomionarvoista, että normaalia kehitystä tapahtui huolimatta vakavien kromosomimuutosten ja mutaatioiden pysyvyydestä, jotka on dokumentoitu array-comparative genome hybridisation (CHG) -menetelmällä” (Hochedlinger et al., 2004; Seyfried, 2012d). Tutkijat päättelivät, että pahanlaatuisuuteen liittyvät sekundaariset kromosomimuutokset eivät välttämättä häiritse implantaatiota edeltävää kehitystä, alkion kantasolujen muodostumista ja laajaa tuman erilaistumispotentiaalia (Hochedlinger et al., 2004). Nämä havainnot viittaavat siihen, että pelkät tuman geenimutaatiot eivät voi selittää syövän alkuperää ja ovat siksi ristiriidassa somaattisten mutaatioiden teorian kanssa. Valitettavasti nämä tutkijat eivät myöskään keskustelleet havaintojensa suhteesta mitokondrioiden toimintaan tai Warburgin teoriaan, vaikka he esittivät teorian mukaisia ​​todisteita.

Grishman ja työtoverit raportoivat, että aneuploidiaa ilmentävät rotan maksakasvainsolulinjat muodostivat aggressiivisia kasvaimia ihonalaisesti kasvatettuina, mutta eivät muodostaneet kasvaimia ortotopisesti maksassa kasvatettuina (Coleman WB, Wennerberg AE, Smith GJ, Grisham JW (1993). Diploidisten ja joidenkin aneuploidisten rotan maksan epiteelisolujen (kantasolujen) erilaistumisen säätely maksan mikroympäristössä. Am. J. Pathol. 142, 1373–1382; Seyfried, 2012d). Kasvainsolut erilaistuivat morfologisesti intrahepaattisen siirron jälkeen aikuisilla syngeenisillä Fischer 344 -rotilla. Kirjoittajat päättelivät, että läheiset solukontaktit tai tekijät maksan mikroympäristössä estivät kasvainten muodostumista. Tiedetään, että solu-solufuusioita esiintyy hiiren maksassa (Faggioli F., Sacco MG, Susani L., Montagna C., Vezzoni P. (2008). Solufuusio on fysiologinen prosessi hiiren maksassa. Hepatology 48, 1655–1664. 10.1002/hep.22488). Voisiko olla mahdollista, että normaalien maksasolujen ja neoplastisten maksasolujen välinen fuusio ainutlaatuisessa maksan mikroympäristössä saattaisi estää kasvainten muodostumista samalla tavalla kuin edellä mainituissa hybridikokeissa havaittiin? Tanin ja kollegoiden tuoreet havainnot tukevat mitokondriaalisen DNA:n horisontaalista siirtymistä isäntäsoluista kasvainsoluihin (Tan AS, Baty JW, Dong LF, Bezawork-Geleta A., Endaya B., Goodwin J., ym. (2015). Mitokondrioiden genomin hankinta palauttaa syöpäsolujen hengitystoiminnan ja kasvainten muodostuspotentiaalin ilman mitokondrioiden DNA:ta. Cell Metab. 21, 81–94. 10.1016/j.cmet.2014.12.003). Lisätutkimuksia tarvitaan mitokondriaalisten komponenttien horisontaalisen siirtymisen maksan mikroympäristössä ongelmien ratkaisemiseksi.

Normaalien mitokondrioiden tukahduttava vaikutus kasvainten syntyyn yhdistää mitokondrioiden toiminnan pitkäaikaiseen kiistaan ​​solujen erilaistumisesta ja kasvainten muodostumisesta (Harris H. (1988). Solufuusion avulla tehtävä pahanlaatuisuuden analyysi: tilanne vuonna 1988. Cancer Res. 48, 3302–3306; Soto AM, Sonnenschein C. (2004). Syövän somaattisten mutaatioiden teoria: kasvavia ongelmia paradigman kanssa? Bioessays 26, 1097–1107. 10.1002/bies.20087; Seyfried, 2012d; Seyfried TN, Shelton LM (2010). Syöpä aineenvaihduntasairaudena. Nutr. Metab. (Lond.) 7:7. 10.1186/1743-7075-7-7. Hengitys on välttämätöntä erilaistumisen syntymiselle ja ylläpidolle, kun taas hengityksen menetys johtaa glykolyysiin, dedifferentiaatioon ja hillitsemättömään lisääntymiseen (Seyfried, 2012d). Tämä havainto on yhdenmukainen tässä katsauksessa esitetyn yleisen hypoteesin kanssa, jonka mukaan pitkittynyt mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnan heikkeneminen on karsinogeneesin taustalla (Warburg, 1969; Szent-Gyorgyi, 1977; Seyfried, 2012d). Tämä hypoteesi edustaisi taudin epigeneettistä alkuperää klassisessa mielessä (Nanney DL (1958). Epigeneettiset kontrollijärjestelmät. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 44, 712–717. 10.1073/pnas.44.7.712 ; Holliday R. (2006). Epigenetiikka: historiallinen katsaus. Epigenetics 1, 76–80. 10.4161/epi.1.2.2762; Seyfried, 2012d). Toimintahäiriöisten mitokondrioiden korvaaminen normaaleilla mitokondrioilla palauttaa normaalin energiatasapainon ja erilaistuneen tilan.

 Otto Heinrich Warburg ja aineenvaihduntasairaudet (4. osa)

Otto Warburg.

Jonasson ja Harris rakensivat myös hybridejä melanoomasolujen ja ihmisen fibroblastien välille, joita säteilytettiin ennen solufuusiota (Jonasson ja Harris, 1977). He osoittivat, että kasvaimen muodostumisen ilmaantuvuus alastomilla hiirillä oli suurempi hiiren melanoomasolujen ja säteilytettyjen ihmisen fibroblastien risteytyksissä kuin melanoomasolujen ja säteilyttämättömien ihmisen fibroblastien risteytyksissä (Jonasson ja Harris, 1977). Nämä tutkijat päättelivät, että pahanlaatuisuuden tukahduttaminen johtui säteilyherkän kromosomin ulkopuolisen elementin osallistumisesta. Jonassonin ja Harrisin tutkimusten tulokset olivat mielenkiintoisia useista syistä (Seyfried, 2012d). Ensinnäkin heidän havaintonsa olivat yhdenmukaisia ​​useiden muiden hybriditutkimusten havaintojen kanssa, jotka viittaavat siihen, että normaalin sytoplasman tekijät voisivat tukahduttaa kasvainten muodostumista. Toiseksi mikään ihmisen tuman geneettinen materiaali ei ollut vastuussa tukahduttavasta vaikutuksesta. Lopuksi, suuriannoksinen gammasäteily voi tuhota sytoplasmisen tekijän, joka oli vastuussa kasvaimen tukahduttamisesta. Tämä viimeinen havainto oli yhdenmukainen sekä Warburgin että Darlingtonin havaintojen kanssa, jotka osoittivat, että suuri säteilyannos tuhoaa mitokondriohengityksen ja sytoplasmisen plasmageenin, jolla on useita mitokondrioiden ominaisuuksia (Darlington CD (1948). Syövän alkuperän plasmageeniteoria. Br. J. Cancer 2, 118–126. 10.1038/bjc.1948.17; Warburg O. (1956a). Syöpäsolujen alkuperästä. Science 123, 309–314. 10.1126/science.123.3191.309). Pieni säteilyannos voi aiheuttaa tumamutaatioita, mutta ei syöpää, kun taas suuri säteilyannos vaurioittaa sekä tumaa että mitokondrioita ja voi aiheuttaa syöpää.

On mielenkiintoista, että Jonasson ja Harris sulkivat mitokondriot pois mieluummin kuin sentrosomin alkuperän sytoplasman kasvainten muodostumista suppressoivan vaikutuksen osalta (Jonasson ja Harris, 1977). Heidän mielipiteensä perustui pitkälti muiden tutkijoiden havaintoihin, jotka osoittivat, ettei ihmisen mitokondrio-DNA:ta tai proteiineja havaittu ihmisen ja hiiren hybrideissä. Uudemmat tarttuvia syöpiä koskevat tutkimukset kuitenkin osoittavat, että kasvaimen mitokondriot voivat integroitua normaaleihin mitokondrioihin joissakin kasvaimissa (Rebbeck et al., 2011). Ehdotin, että tämä integraatio saattaisi vähentää tai osittain korjata hengitysvajausta kasvainsolujen mitokondrioissa ja siten tukahduttaa kasvainten muodostumisen (Seyfried, 2012d). Kingin ja Attardin työ tukee myös tätä mahdollisuutta osoittamalla, että eksogeeninen mitokondriaalinen DNA voisi parantaa hengitystä soluissa, joilta puuttuu toimiva mitokondriaalinen DNA (King ja Attardi, 1988, King MP, Attardi G. 1989). Mitokondriottoman ihmissolut: uudelleenpopulaatio eksogeenisillä mitokondrioilla komplementaation avulla. Science 246, 500–503. 10.1126/science.2814477). Tanin ym. uudemmat havainnot... tukevat myös mahdollisuutta osoittaa, että mitoottinen DNA voi siirtyä horisontaalisesti isäntäsoluista kasvainsoluihin mikroympäristössä (Tan AS, Baty JW, Dong LF, Bezawork-Geleta A., Endaya B., Goodwin J., ym. (2015). Mitokondrioiden genomin hankinta palauttaa syöpäsolujen hengitystoiminnan ja kasvainten muodostuspotentiaalin ilman mitokondrioiden DNA:ta. Cell Metab. 21, 81–94. 10.1016/j.cmet.2014.12.003). Yhdessä tarkasteltuna nämä havainnot ovat yleisesti ottaen sopusoinnussa Warburgin alkuperäisen teorian kanssa.

Ei kuitenkaan ole mahdollista sulkea pois kaikkea ydingenomin vaikutusta kasvainten muodostumisen estämisessä. Saxon ja työtoverit osoittivat, että kromosomi 11:n mikrosolusiirto esti kasvainten muodostumista HeLa-soluissa (Saxon PJ, Srivatsan ES, Stanbridge EJ (1986). Ihmisen kromosomin 11 lisääminen mikrosolusiirron kautta kontrolloi HeLa-solujen tuumorigeenistä ilmentymistä. EMBO J. 5, 3461–3466.). He ehdottivat, että kromosomissa 11 voisi olla kasvaimia suppressoiva geeni. Nämä havainnot viittaavat myös kromosomi 11:n ja mitokondrioiden väliseen vuorovaikutukseen (Seyfried, 2012d). Onko mahdollista, että kromosomissa 11 oleva geeni helpottaa mitokondriaalista hengitystä ja siten hillitsee kasvainten muodostumista HeLa-soluissa? (Seyfried, 2012d). On myös mielenkiintoista, että kromosomin 11 vikoja on yhdistetty Wilmsin munuaiskasvaimeen ja lapsuusiän neuroblastoomaan. Lisätutkimuksia tarvitaan sen selvittämiseksi, liittyykö kasvainten muodostumisen suppressioon mitokondriaalisen hengityksen ja kromosomi 11:n geenien välisiä vuorovaikutuksia.

Singh ja työtoverit osoittivat, että villityypin mitokondrioiden eksogeeninen siirto soluihin, joissa mitokondrio-DNA on köyhtynyt (rho 0 -solut), voisi kumota APE1:n DNA:n korjausproteiinin muuttuneen ilmentymisen ja tuumorigeenisen fenotyypin, mikä tarjoaa todisteita mitokondrioiden roolista tuumorigeenisyyden estämisessä (Singh KK, Kulawiec M., Still I., Desouki MM, Geradts J., Matsui S. (2005). Mitokondrioiden ja tuman välinen genomin välinen vuorovaikutus on tärkeässä roolissa kasvainten synnyssä. Gene 354, 140–146. 10.1016/j.gene.2005.03.027). Mitokondrioiden hengitys näyttää olevan vastuussa APE1-välitteisen DNA:n korjauksen tehokkuudesta. Rho 0 -soluilla on heikentynyt hengitys johtuen mito-DNA:n puutteesta, joka on välttämätön normaalille soluhengitykselle. Mielestäni normaalin mito-DNA:n siirto rho 0 -soluihin palauttaa hengityksen, sammuttaa mitokondrioiden/tuman retrogradisen vasteen ja estää tuman genomin epävakauden (Seyfried, 2012d). Nämä havainnot viittaavat siihen, että tehokas mitokondriaalinen hengitys ehkäisee syöpää. Cruz-Bermudezin uudemmat tutkimukset tukevat näitä havaintoja (Cruz-Bermúdez et al., 2015). Kuvailin myös, kuinka mitokondrioita tehostavat hoidot voisivat ehkäistä syöpää (Seyfried, 2012d).

Wallace ja kollegat tukivat myös hengityksen merkitystä eturauhassyövän synnyssä (Petros JA, Baumann AK, Ruiz-Pesini E., Amin MB, Sun CQ, Hall J., ym. (2005). mtDNA-mutaatiot lisäävät eturauhassyövän kasvainten muodostumiskykyä. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 719–724. 10.1073/pnas.0408894102). Nämä tutkijat siirsivät patogeenisen T8993G-mtDNA-mutaation PC3-eturauhassyöpäsoluihin kybridisiirron avulla selvittääkseen, ilmensivätkö mutantit haimasyövät lisääntyneitä ROS-tasoja ja kasvunopeutta. Muokattuja PC3-eturauhassyöpäsoluja testattiin sitten kasvainten kasvun suhteen alastomilla hiirillä. Tuloksena olevat mutantti-T8993G-kybridit tuottivat kasvaimia, jotka olivat seitsemän kertaa suurempia kuin villityypin kybrideistä peräisin olevat kasvaimet. Toisin kuin mutanttikybridien nopea kasvu, villityypin kybridit kasvoivat hiirissä hyvin hitaasti. T8993G-mutanttikybrideistä peräisin olevissa kasvaimissa tuotettiin myös merkittävästi enemmän ROS:ia kuin kasvaimissa, joissa ei ollut tätä mutaatiota. ROS:n karsinogeeninen ja mutageeninen vaikutus vahingoittaa hengitystä ja aiheuttaa tuman genomin epävakautta (Waris G., Ahsan H. (2006). Reaktiiviset happilajit: rooli syövän ja erilaisten kroonisten sairauksien kehittymisessä. J. Carcinog 5:14. 10.1186/1477-3163-5-14; Klaunig JE, Kamendulis LM, Hocevar BA (2010). Oksidatiivinen stressi ja oksidatiiviset vauriot karsinogeneesissä. Toxicol. Pathol. 38, 96–109. 10.1177/0192623309356453; Seoane et al., 2011). Wallace-ryhmän ja viime aikoina Cruz-Bermudezin ja työtovereiden tekemät lisäkokeet osoittivat, että mitohondriaalisen DNA:n mutaatioiden lisääminen voi kumota normaalin mitokondrion kasvaimia estävän vaikutuksen sybrideissä (Petros et al., 2005; Cruz-Bermúdez et al., 2015). Nämä havainnot viittaavat siihen, että joillakin mitohondriaalisen DNA:n mutaatioilla voi olla tärkeä rooli syövän etiologiassa ja että syöpä voidaan parhaiten määritellä mitokondriaaliseksi aineenvaihduntasairaudeksi. Nämä havainnot ovat myös enemmän linjassa Warburgin teorian kuin somaattisten mutaatioiden teorian kanssa.

On olemassa runsaasti tietoa, joka osoittaa, että kasvainsolujen tumat voidaan ohjelmoida uudelleen muodostamaan normaaleja kudoksia, kun ne siirretään normaaliin sytoplasmaan, huolimatta kasvaimeen liittyvien genomivirheiden jatkuvasta esiintymisestä johdettujen kudosten soluissa (Seyfried, 2012d). McKinnell, Deggins ja Labat osoittivat, että sammakon munuaiskasvainten tumat voivat ohjata sammakon normaalia kehitystä sen jälkeen, kun munuaiskasvainsolun tuma on siirretty normaaliin munasoluun, josta on poistettu tuma (McKinnell RG, Deggins BA, Labat DD (1969). Pluripotentiaalisten tumakkeiden siirto triploidisista sammakokasvaimista. Science 165, 394–396. 10.1126/science.165.3891.394). Kokeissa istutettiin Lucke-sammakon munuaissolukasvaimista eristettyjä tumia normaaleiden diploidisten sammakoiden hedelmöitettyihin, poistettuihin munusoluihin. Tärkeää on, että munuaiskasvaimen solut olivat triploidisia ja sisälsivät kolme kopiota kaikista kromosomeista. Triploidiset nuijapäät kehittyivät normaalisti triploidisista kasvainsolujen tummista ja paljastivat monentyyppisiä toiminnallisia kudoksia. Tämä kokeellinen strategia mahdollisti siirretyn tuman käynnistämän kehityksen erottamisen kehityksestä, johon vaikutti tahattomasti säilynyt äidin diploidinen tuma (McKinnell et al., 1969). ” Tutkijat osoittivat, että värekarvallinen epiteeli kuljetti nuijapäitä viljelymaljoissa. Nuijapäät uivat stimuloitaessa. Nuijapäillä oli toiminnallisia reseptoreita, hermokudosta ja uimiseen tarvittavaa juovaista lihasta. Sydänlihas pumppasi verisoluja kidusten läpi. Imejät erittivät runsaasti limaa. Selvästi näkyivät vatsaevän harjanne, silmän anlage, nenäkuoppa ja avoin suu, samoin kuin pään, vartalon ja hännän erilaistuminen. Pyrstöevä regeneroitui kromosomitutkimusta varten tehdyn katkaisun jälkeen. Lisäksi siirretyistä triploidisista kasvaintummista kehittyneissä alkioiden leikkeissä havaittiin aivojen, selkäytimen, näköhermon kupin linsseineen, kuulorakkulan, somiittien, vatsaevän tumakkeiden, nielun, keskisuolen ja selkäjänteen normaali kehitys. Tutkituissa elimissä tai kudoksissa ei havaittu merkkejä epänormaalista solukasvusta ” (Seyfried, 2012d). Nämä löydökset osoittivat, että kasvainsoluista peräisin olevat tumat pystyivät ohjaamaan normaalia kehitystä eivätkä indusoineet säätelemätöntä solukasvua, joka on kasvainten synnyn tunnusomainen fenotyyppi. On mielenkiintoista, että kasvaintatumia sisältävät nuijapäät eivät kyenneet kehittymään kokonaan normaaleiksi aikuisiksi sammakoiksi. On edelleen epäselvää, olivatko kasvaimeen liittyvät ydinviat vastuussa sammakoiden myöhäisen kehitysvaiheen estämisestä.

Otto Heinrich Warburg ja aineenvaihduntasairaudet (3. osa)

Otto Warburg.

Kasvaingeenisyyden vähenemistä havaittiin, kun enukleoitujen normaalisolujen sytoplasma fuusioitiin tumallisten kasvainsolujen kanssa sybridien muodostamiseksi (Seyfried TN (2012d). Mitokondriot: perimmäinen kasvaimen suppressori, teoksessa Cancer as a Metabolic Disease: On the Origin, Management, and Prevention of Cancer. (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; ),195–205.) Sybridit sisältävät yhden tuman, jossa on sekoitus kahden eri solun sytoplasmaa. Tutkiakseen sytoplasman vaikutusta kasvaingeenisyyden ilmentymiseen sybrideissä, Koura fuusioi ehjiä B16-hiiren melanoomasyöpäsoluja ei-kasvaingeenisistä rotan myoblasteista peräisin oleviin sytoplasteihin (puuttuva tuma) (Koura M., Isaka H., Yoshida MC, Tosu M., Sekiguchi T. (1982). Kasvaingeenisyyden vaimennus lajienvälisissä uudelleen muodostetuissa soluissa ja hybrideissä. Gann 73, 574–580). Rekonstituoiduilla sybrideillä oli ainutlaatuinen morfologia ja solurakenne, joka poikkesi emosoluista.

Kasvaingeenisyys väheni kaikissa rekonstituoiduissa klooneissa ja sybrideissä pian niiden eristyksen jälkeen, mutta kasvaingeenisyys ilmestyi uudelleen joissakin klooneissa solujen pitkäaikaisen in vitro -viljelyn jälkeen (Koura et al., 1982; Seyfried, 2012d). Epäluonnollisen soluviljelyympäristön vaikutukset mitokondrioiden hengitykseen voisivat osittain selittää joissakin klooneissa havaitun tuumorigeenisyyden palautumisen (Warburg, 1956a; Kiebish MA, Han X., Cheng H., Seyfried TN (2009). In vitro -kasvuympäristö tuottaa lipidomiikka- ja elektroninsiirtoketjujen poikkeavuuksia mitokondrioissa ei-kasvaimista peräisin olevissa astrosyyteissä ja aivokasvaimissa. ASN Neuro 1:e00011. 10.1042/AN20090011). Kouran ym. havainnot osoittivat, että normaali sytoplasma, joka sisältää ei-tuumorigeenisistä soluista peräisin olevia mitokondrioita, voi tukahduttaa kasvainsolujen pahanlaatuisen fenotyypin (Seyfried, 2012d). Vaikka näitä havaintoja ei yhdistetty Warburgin teoriaan, havainnot kyseenalaistavat tuman hallitsevan roolin tuumorigeneesin alkuperässä.

Laajemmassa koesarjassa Israel ja Schaeffer osoittivat, että pahanlaatuisten kasvainten suppressio voi saavuttaa 100-prosenttisen tuloksen kasvaimia aiheuttavia tumia ja normaalia sytoplasmaa sisältävissä sybrideissä (Israel BA, Schaeffer WI (1987). Sytoplasman pahanlaatuisten kasvainten suppressio. In Vitro Cell. Dev. Biol. 23, 627–632. 10.1007/BF02621071). Toisaalta kasvaimia muodostui 97 %:lla hiiristä, joihin oli istutettu pahanlaatuisten solujen sytoplasteja (tumat puuttuvat) ja normaaleiden solujen karyoplasteja (tumat läsnä) fuusioimalla johdettuja sybridisoluja. Heidän tutkimuksensa tärkeä piirre oli, että sekä transformoitumattomat että transformoituneet solut olivat kaikki peräisin alkuperäisestä kloonatusta progenitorisolusta, jolla oli yhteinen tuma- ja sytoplasmatausta (Israel BA, Schaeffer WI (1988). Sytoplasman välityksellä tapahtuva pahanlaatuisten kasvainten välittyminen. In Vitro Cell. Dev. Biol. 24, 487–490. 10.1007/BF02628504; Seyfried, 2012d). Nämä havainnot osoittivat, että normaalit solutumat eivät kyenneet estämään kasvainten muodostumista, kun ne sijoitettiin kasvainsolun sytoplasmaan. Toisin sanoen normaali tumageenien ilmentyminen, johon oletettavasti sisältyisi kasvaimia suppressoivia geenejä, ei kyennyt estämään pahanlaatuisuutta. Vaihtoehtoinen näkemys on, että kasvainsolun sytoplasma voisi ohjelmoida tuman uudelleen kasvaimia aiheuttavaksi. Nämä löydökset ovat yhdenmukaisia ​​Darlingtonin näkemyksen kanssa, joka osoitti, että solujen tuumorigeenisen tilan määräsi sytoplasma pikemminkin kuin tuma (Darlington CD (1948). Syövän alkuperän plasmageeniteoria. Br. J. Cancer 2, 118–126. 10.1038/bjc.1948.17). Israel ja Schaeffer eivät tunnistaneet molekyylitason perustaa sytoplasmiselle tuumorigeneesin säätelylle, mutta he ehdottivat, että epigeneettiset muutokset tuman geenien ilmentymisessä saattavat olla vastuussa ilmiöstä (Seyfried, 2012d).

On selvää, että Israelin ja Schaefferin löydökset ovat ristiriidassa somaattisten mutaatioiden teorian kanssa, mutta heidän havaintonsa tukisivat Warburgin teorian käsitteitä. Nämä tutkijat eivät kuitenkaan yhdistäneet havaintojaan Warburgin teoriaan. Sen sijaan he yhdistivät havaintonsa mahdolliseen epigeneettiseen ilmiöön (Israel ja Schaeffer, 1988). On tärkeää tunnistaa, että mitokondriot ovat voimakas ekstranukleaarinen epigeneettinen järjestelmä, joka voi kontrolloida tuman geenien ilmentymistä retrogradisen signalointijärjestelmän kautta (Minocherhomji et al., 2012; Seyfried TN (2012e). Hengitysvajaus, retrogradinen vaste ja syövän alkuperä teoksessa Cancer as a Metabolic Disease: On the Origin, Management, and Prevention of Cancer. (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; ), 177–194 ). Israelin ja Schaefferin tutkimuksista kilpailevien syöpäteorioiden valossa on julkaistu henkilökohtainen selonteko (Seyfried TN (2012e). Hengitysvajaus, retrogradinen vaste ja syövän alkuperä teoksessa Cancer as a Metabolic Disease: On the Origin, Management, and Prevention of Cancer. (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; ), 177–194). Kompastuminen totuuteen: syövän metabolinen teoria. North Charleston, SC: Createspace).

Israelin ja Schaefferin havainnot, joiden mukaan normaali sytoplasma voi estää kasvainten muodostumista, olivat myös yhdenmukaisia ​​Shayn ja Werbinin havaintojen kanssa (Shay ja Werbin, 1988; Shay et al., 1988; Seyfried, 2012d). Shay ja Werbin tunnistivat useita tekijöitä, jotka voisivat vaikuttaa sytoplasmisten kasvainten muodostumista suppressoivien tekijöiden paljastamiseen tarkoitettujen kybridikokeiden tuloksiin. Näitä vaikuttavia tekijöitä olivat (1) ei-kasvaingeenisen ja kasvaimia aiheuttavan sytoplasman suhteelliset määrät kybrideissä; (2) aikaväli, jonka kybridit siirrostetaan viljelmässä ennen niiden kasvainten muodostumiskyvyn testaamista; (3) käytettiinkö karsinogeeneilla tehtävää mutageneesiä geneettisten markkereiden lisäämiseksi soluihin; ja (4) käytettyjen soluyhdistelmien tyyppi. Siksi ei olisi yllättävää, että kybridikokeissa voisi esiintyä vaihtelevia tuloksia, jos sekoittavia muuttujia ei kontrolloitu. Yleisesti ottaen Shayn ja Werbinin havainnot olivat kuitenkin yhdenmukaisia ​​Israelin ja Schaefferin kokeiden johtopäätösten kanssa. Vaikka Shay ja Werbin mainitsivat mitokondrioiden mahdollisen roolin sytoplasman kasvainten muodostumista suppressoivissa vaikutuksissa, he eivät myöskään tarkastelleet tuloksiaan Warburgin metaboliteorian valossa (Seyfried, 2012d).

Howell ja Sager olivat kuitenkin tietoisia Warburgin teorian ja erilaisten kybriditutkimusten havaintojen välisestä suhteesta (Howell AN, Sager R. (1978). Kasvainten muodostuminen ja sen suppressio hiiren ja kiinanhamsterin solulinjojen hybrideissä. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 2358–2362. 10.1073/pnas.75.5.2358; Seyfried, 2012d). Nämä tutkijat spekuloivat, että kybridikokeiden tulokset voisivat auttaa erottamaan, määräsikö kasvainten muodostumisen sytoplasma, tuma vai onko kyseessä kasvainten muodostumisen tekijä. He osoittivat, että ei-kasvaingeenisten normaalien solujen sytoplasma esti kasvainten muodostumisen nopeutta ja laajuutta alastomilla hiirillä, kun ne fuusioitiin tumallisten, kasvaimia aiheuttavien vastineiden kanssa (Seyfried, 2012d). Howell ja Sager totesivat : "Jos kasvainsolujen mitokondriot ovat viallisia, kuten Warburg oletti, niin suppressio voi johtua mitokondrioiden siirtymisestä normaaleista soluista kybrideihin" (Howell ja Sager, 1978). Nämä havainnot, kuten Kouran, Israelin ja Schaefferin sekä Shayn ja Werbinin havainnot, tukivat Warburgin teoriaa, ja niitä on vaikea selittää somaattisten mutaatioiden teorialla (Seyfried, 2012d).

Jonasson ja Harris suorittivat useita mielenkiintoisia tutkimuksia ihmisen ja hiiren hybrideillä sytoplasman ja tuman roolin arvioimiseksi tarkemmin. Nämä tutkijat arvioivat kasvaimen pahanlaatuisuutta in vivo useissa hybridi-klooneissa, jotka olivat peräisin pahanlaatuisen hiiren melanooman ja diploidisten ihmisen fibroblastien ja lymfosyyttien fuusioista (Jonasson J., Harris H. (1977). Solufuusion avulla tehtävä pahanlaatuisuuden analyysi. VIII. Todisteita kromosomin ulkopuolisen elementin interventiosta. J. Cell Sci 24, 255–263.). He havaitsivat, että ihmisen diploidit solut olivat yhtä tehokkaita kuin hiiren diploidit solut hiiren melanoomasolujen pahanlaatuisuuden estämisessä, vaikka ihmisen kromosomit eliminoitiin ensisijaisesti hybridi-klooneissa. Pahanlaatuisuus vaimeni myös hybridi-kloonissa, jossa oli läsnä vain yksi ihmisen X-kromosomi. Jonasson ja Harris osoittivat, että tämä klooni tuotti edelleen vain vähän kasvaimia, vaikka he käyttivät takaisinvalintaa tämän jäljellä olevan X-kromosomin poistamiseksi. Nämä havainnot viittasivat siihen, ettei ihmisen tuman geneettinen materiaali ollut vastuussa pahanlaatuisuuden estämisestä. Nämä havainnot sulkisivat pois tuman epigeneettisen selityksen kasvainten synnyn estämiselle, mutta eivät poissulje ydinperustaista (mitokondrioista) epigeneettistä selitystä.