Een recent wetenschappelijk artikel, dat vorige week in het gedrukte tijdschrift ASN Neuro is gepubliceerd, onthult dat de omzetting van aminozuren door fermentatie een rol speelt bij de ongecontroleerde groei van tumorcellen.
Het aminozuur dat centraal staat in dit onderzoek is glutamine. Er is onderzoek gedaan met alle 20 aminozuren om vast te stellen welke brandstoffen kankercellen gebruiken om te blijven groeien. Dit onderzoek is uitgevoerd met kankercellen van zowel muizen als mensen, specifiek glioblastomacellen.
Alvast 5 van de belangrijkste punten
- Glutamine is een belangrijke brandstof voor kankercellen en wordt omgezet door fermentatie. Dit proces draagt bij aan de ongecontroleerde groei van tumoren.
- Kankercellen gebruiken fermentatie als een belangrijke manier om energie te produceren. Dit is een tweede manier naast de gebruikelijke energieproductie.
- De gangbare opvatting dat kankercellen hun energie uit oxidatieve fosforylering halen is niet volledig juist. Fermentatie speelt een grotere rol dan eerder werd aangenomen.
- De resultaten van dit onderzoek kunnen leiden tot nieuwe manieren om kanker te behandelen. Door de fermentatie van glutamine en glucose aan te pakken kunnen tumoren effectiever worden bestreden.
- Het onderzoek toont aan dat veranderingen in het erfelijk materiaal niet de belangrijkste oorzaak van kanker zijn. De verstoring van de energieproductie door fermentatie is een grotere drijfveer.
De Belangrijkheid van het Onderzoek
De onderzoekers namen de tumorcellen en lieten ze groeien in een zoutoplossing. Omdat er geen voedsel aanwezig was, konden de cellen geen brandstoffen gebruiken. Vervolgens werd gemeten hoe snel de cellen stierven zonder voeding. Muizencellen stierven snel, binnen 24 uur, door hun snellere stofwisseling. Menselijke cellen stierven na ongeveer 48 tot 72 uur zonder brandstof in de zoutoplossing.
Het Effect van Glutamine op Celgroei
Daarna werden afzonderlijke aminozuren toegevoegd om te onderzoeken of de cellen beter overleefden. Dit werd gedaan met en zonder glucose. Glucose alleen hielp de cellen langer te leven, maar ze stierven uiteindelijk door het gebrek aan stikstof. Toen glutamine werd toegevoegd, bleken de cellen veel sneller te groeien dan bij andere aminozuren.
Er werd ook een kleine toename gezien bij glutamaat, de eerste stof die ontstaat bij de afbraak van glutamine. Dit effect was echter niet zo sterk als bij glutamine zelf. Geen van de andere aminozuren had zo’n groot effect. Wanneer glucose en glutamine samen aanwezig zijn, werken deze twee brandstoffen samen om alle bouwstoffen en energie te leveren die nodig zijn voor snelle, ongecontroleerde groei.
Verklarende woordenlijst
- Fermentatie: Een proces waarbij stoffen worden omgezet zonder dat zuurstof nodig is, vaak met productie van energie en afvalproducten.
- Oxidatieve fosforylering: Een proces in de cel waarbij met behulp van zuurstof energie wordt geproduceerd.
- Glutamine: Een aminozuur dat een belangrijke rol speelt in de stofwisseling en als brandstof kan dienen voor kankercellen.
- Hypoxie: Een situatie waarbij er een tekort aan zuurstof is in de cellen.
- Metabolieten: Stoffen die ontstaan bij de omzetting van stoffen in het lichaam.
De Vraag over Glutamine’s Rol
De onderzoekers wilden weten hoe glutamine de groei van de tumor beïnvloedt. Wordt het verbrand door een proces dat ademhaling wordt genoemd, waarbij koolstof van glutamine in een chemische cyclus energie maakt? Of wordt glutamine omgezet door fermentatie, waarbij energie ontstaat via een ander proces in de energiefabrieken van de cel?
Om dit te testen, werden verschillende methoden gebruikt. Alle glucose werd verwijderd, maar zuurstof en glutamine bleven aanwezig. De cellen overleefden met zuurstof en glutamine, maar zonder glucose. Dit liet nog niet zien of glutamine werd gefermenteerd of verbrand. Daarom werd het experiment herhaald zonder zuurstof en zonder glucose. Er was nog steeds energieproductie in de cellen, al was het minder.
Bewijs voor Fermentatie
Dit wees erop dat de energie afkomstig was van een andere manier van energieproductie in de cel. Een speciale vorm van glutamine met een label werd gebruikt, en een bepaald zuur werd gevonden als afvalproduct. Dit zuur is het eindproduct van de omzetting van glutamine, wat erop wees dat glutamine wordt omgezet in de cel en als fermentatieproduct wordt afgevoerd.
Een ander experiment werd gedaan met een stof die de normale energieproductie blokkeert. Zelfs zonder glucose en met deze blokkerende stof werd er nog steeds energie geproduceerd met glutamine als brandstof. Ook nu werd het bepaalde zuur geproduceerd. Dit bewijst dat de normale energieproductie met zuurstof is losgekoppeld van een tweede belangrijke manier van energieproductie in de cel.
Het Missende Stukje van Warburgs Idee
Dit is het missende stukje in het idee van Warburg, een wetenschapper die eerder onderzoek deed naar kanker. Warburg wist dat kanker een probleem was met de energiefabrieken van de cel. Wat hij niet wist, is dat er een tweede belangrijke brandstof is die tumorcellen kunnen gebruiken, naast glucose. Dit betekent dat het kankeronderzoek moet worden aangepast. Er is nu bekend dat deze tumorcellen afhankelijk zijn van twee belangrijke brandstoffen die ze kunnen omzetten door fermentatie.
Het onderzoek heeft het idee van Warburg verduidelijkt en aangetoond dat de zuurstof die in tumorcellen wordt gebruikt, niet vooral dient voor energieproductie via het normale proces. Dit is een veelgemaakte fout. De cellen nemen wel zuurstof op, maar gebruiken deze niet voor de gebruikelijke energieproductie.
Nieuwe Inzichten voor Kankerbehandeling
Energieproductie vindt plaats door fermentatie in de energiefabrieken van de cel en in de rest van de cel. Deze nieuwe ontdekking kan helpen om kanker beter te behandelen, omdat nu bekend is hoe de energiebronnen van de kankercellen kunnen worden aangepakt zonder gezonde cellen te schaden. De experimenten werden in het laboratorium uitgevoerd om de mechanismen van celoverleving te begrijpen. Het aanpakken van glucose en glutamine met behulp van medicijnen en voeding kan resultaten opleveren.
Als de twee manieren van energieproductie worden aangepakt, is er een sterk effect te zien met weinig schade aan gezonde cellen. Kanker is een ziekte waarbij de energieproductie in de cel verstoord is, door fermentatie. Door glucose en glutamine aan te pakken en het lichaam in een speciale toestand te brengen, kunnen tumoren kleiner worden gemaakt zonder schade aan het lichaam. Ontsteking en verzuring kunnen ook verminderen.
Het Belang van Gerichte Behandeling
Dit is nog maar het begin. Het systeem wordt verder ontwikkeld voor gebruik in onderzoeken met kankerpatiënten. De behandeling moet gericht zijn op glucose en glutamine, terwijl de patiënt een speciaal dieet volgt. Dit wordt ondersteund door de wetenschap. Kankercellen gebruiken deze twee brandstoffen voor energie en groei. Dit is een duidelijk signaal om hun energiebronnen aan te pakken.
“De onderzoekers hadden al langer vastgesteld dat glutamine een krachtige brandstof is voor kankercellen, maar ze wisten niet precies hoe deze brandstof werd gebruikt. Er waren eerdere aanwijzingen dat glutamine door fermentatie zou kunnen worden omgezet. Dit idee was gebaseerd op eerdere studies waarbij dieren in een zuurstofarme omgeving werden geplaatst. Bij deze dieren werd een toename van bepaalde zuren waargenomen. Dit suggereerde dat fermentatie een rol zou kunnen spelen bij de verwerking van glutamine, maar het was nog geen bewezen feit.”
De Ontwikkeling van de Theorie
Er werd gedacht dat de fermentatie in de energiefabrieken van de cel plaatsvond. Deze ideeën werden besproken met Christo Chinopoulos, een expert op dit gebied. Na zeven jaar onderzoek is aangetoond dat deze manier van energieproductie een belangrijke bron is voor de ongecontroleerde groei van hersentumoren.
Dit betekent dat kanker kan worden behandeld door de twee brandstoffen weg te nemen die door fermentatie worden omgezet. De onderzoekers willen dit bij verschillende soorten kanker onderzoeken, omdat die allemaal deze afvalstoffen laten zien. Kankercellen laten al decennia zien dat ze fermenteren, maar daar is tot nu toe weinig aandacht aan besteed.
De Rol van Veranderingen in Erfelijk Materiaal
Er wordt vaak gedacht dat kanker wordt veroorzaakt door veranderingen in het erfelijk materiaal, maar deze veranderingen zijn een gevolg van het probleem, niet de oorzaak. De onderzoekers willen de groei stoppen, verzuring voorkomen en de omgeving van de tumor verbeteren. Dit kan alleen door de twee brandstoffen weg te nemen die door fermentatie worden omgezet. Kankercellen kunnen geen vetzuren of ketonen gebruiken, en zijn beperkt tot fermentatie.
Er is geen bewijs dat kankercellen kunnen groeien zonder glucose en glutamine, met andere brandstoffen. Het is een kwestie van tijd voordat iedereen dit begrijpt. Als dat gebeurt, zal het aantal mensen dat aan kanker sterft, aanzienlijk afnemen. Het idee over glutamine als de tweede brandstof die door fermentatie wordt omgezet, bleek juist te zijn. Daarom is verder onderzoek gedaan om duidelijke antwoorden te verkrijgen.
Het Onderzoeksproces
Het onderzoeksproces is belangrijk om een idee te onderbouwen. Er is al langer bekend dat glutamine een belangrijke brandstof is voor kanker en dat kankercellen ervan afhankelijk zijn. Veel onderzoeken zeggen dat glutamine wordt verbrand, maar dat is niet helemaal juist. Fermentatie is de belangrijkste oorzaak van het probleem.
Hoewel verbranding een beetje energie kan leveren, wordt de meeste zuurstof die in kankercellen komt niet gebruikt voor de normale energieproductie. De fermentatie van glutamine en glucose, waarbij zuren worden afgevoerd, veroorzaakt verzuring. Kankercellen laten zien wat er mis is en hoe ze kunnen worden aangepakt.
Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift ASN Neuro en heeft als titel: “Amino Acid and Glucose Fermentation Maintain ATP Content in Mouse and Human Malignant Glioma Cells.”[1]
Hier zijn de details en een samenvatting van de belangrijkste bevindingen:
Publicatiegegevens:
Titel: Amino Acid and Glucose Fermentation Maintain ATP Content in Mouse and Human Malignant Glioma Cells[1][2]
Tijdschrift: ASN Neuro
Volume: 16
Issue: 1
Jaar: 2024[3]
DOI: 10.1080/17590914.2024.2422268[1]
Publicatiedatum: 2 december 2024 (online gepubliceerd), 11 december 2024 (gedrukt)
Auteurs:
Derek C Lee[1]
Linh Ta
Purna Mukherjee[1]
Tomas Duraj[1]
Marek Domin[1]
Bennett Greenwood
Srada Karmacharya[1]
Niven R Narain[1]
Michael Kiebish[1]
Christos Chinopoulos[1]
Thomas N Seyfried[1]
Belangrijkste bevindingen (samengevat):
Fermentatie is essentieel voor glioblastomen: Kwaadaardige glioblastomen, ongeacht hun oorsprong of soort, vertrouwen op fermentatie voor de productie van ATP (energie) als gevolg van tekortkomingen in oxidatieve fosforylering (OxPhos).[1]
Glutamine is cruciaal: Glutamine is een bron van ATP, onafhankelijk van de aanwezigheid van zuurstof.[1] Geen enkel ander aminozuur kan glutamine vervangen bij het behouden van ATP en levensvatbaarheid van de cellen.[1]
Synergie tussen glucose en glutamine: Glucose en glutamine zijn samen noodzakelijk en voldoende voor ongecontroleerde tumorgroei, terwijl OxPhos niet noodzakelijk noch voldoende is.
ATP-productie in afwezigheid van glucose en zuurstof: ATP-productie bleef bestaan in afwezigheid van glucose en onder hypoxische (zuurstofarme) omstandigheden, wat aantoont dat fermentatie een belangrijke rol speelt.
Zuurstofverbruik is geen maat voor ATP-productie via OxPhos: Het verbruik van zuurstof is geen betrouwbare maat voor ATP-productie via oxidatieve fosforylering in deze cellen.
Glutaminolyse draagt bij aan ATP-productie: De remming van glutaminase (een enzym dat betrokken is bij de afbraak van glutamine) verminderde ATP-productie en de uitvoer van succinaat, wat suggereert dat mitochondriale substraatniveau fosforylering bijdraagt aan de ATP-productie via de glutamine-aangedreven glutaminolyse route.[1]
Kortom: Deze paper laat zien dat glioblastomen afhankelijk zijn van de fermentatie van zowel glucose als glutamine om aan hun energiebehoefte te voldoen, en dat de traditionele focus op oxidatieve fosforylering als primaire energiebron in kankercellen mogelijk onvolledig is.[1][2] Dit onderzoek opent deuren voor nieuwe behandelingsstrategieën gericht op het beperken van de toegang tot glucose en glutamine voor tumorcellen.
Je kunt het volledige artikel vinden op de website van Taylor & Francis Online of via PubMed met behulp van de bovenstaande gegevens.
Geraadpleegde bronnen:
Ook lezen:
Veelgestelde vragen
Wat is de rol van glutamine bij de groei van kankercellen?
Glutamine is een belangrijke brandstof voor kankercellen, die via fermentatie wordt omgezet in energie, wat bijdraagt aan de ongecontroleerde groei van tumoren. Dit proces is onafhankelijk van de aanwezigheid van zuurstof en essentieel voor de overleving van de tumorcellen. In combinatie met glucose wordt de groei van de cellen nog meer gestimuleerd.
Waarom is fermentatie zo belangrijk voor kankercellen?
Kankercellen gebruiken fermentatie als een primaire manier om energie te produceren, naast de gebruikelijke oxidatieve fosforylering, wat lange tijd de enige theorie was. Deze methode stelt kankercellen in staat om energie te genereren, zelfs in zuurstofarme omgevingen en met een hogere snelheid dan normale cellen. Door fermentatie aan te pakken, kunnen tumoren effectiever worden bestreden.
Wat betekent dit onderzoek voor kankerbehandeling?
Dit onderzoek biedt nieuwe mogelijkheden voor kankerbehandeling, door te focussen op het beperken van de toegang tot glucose en glutamine, de twee brandstoffen die kankercellen gebruiken voor fermentatie. Door deze energiebronnen aan te pakken met medicijnen en een aangepast dieet, kunnen tumoren worden verkleind met minder schade aan gezonde cellen.
Like ons op Facebook om meer artikelen zoals deze in je feed te zien verschijnen die je anders zou missen.
