(no subject)

[aridmoors]

Короче у меня проблема. Мой осакский сенсей меня не понимает, и я не могу ему объяснить. Причем это, как выражается мой киотский сенсей, хай-скул байолоджи, в смысле школьная биология. И я че-то очень плохо объясняю школьную биологию видимо.

Короче я нашла, что у меня три самых стабильных гена при перепрограммировании относятся к производству АТФ. Это типа такая молекула, которая считается "молекулой энергии". Никакой таинственной энергии в ней нет, конечно, но она используется клеткой в химических процессах примерно как деньги. Ну плата за проведение процесса. Неважно. Но короче когда об этом все разговаривают, то производство АТФ приравнивается к производству "энергии".

Ну и вот. Я делаю перепрограммирование клетки из старой в молодую. В процессе перепрограммирования клетка становится "моложе", возвращается в более эмбриональное состояние. И всяких разных генов при этом становится больше или меньше. А я искала стабильные, которые не меняются. И нашла, что те, которые относятся к гликолизу, не меняются.

Ну и вот. Дак дело в том, что все знают, что при перепрограммировании (как и при раке), происходит типа смена производства энергии посредством митохондрий на гликолиз. Ну митохондрии обычно производят кучу АТФ, там стоит такая здоровая хреновина (турбина) АТФ-синтаза, она генерит кучу АТФ. И это очень эффективно и круто, и много АТФ получается (36 штук из одной штуки глюкозы). Ну это в митохондриях.

А в цитоплазме плюс к этому еще есть такой дреееевний-древний процесс (эволюционно древний) - гликолиз. В нем куча ступеней (10, что ли), и в начале там глюкоза, а в конце пировиноградная кислота. Ну и это очень неэффективный процесс. Он дает тока 2 молекулы АТФ на одну входящую молекулу глюкозы. Но процесс мега-древний, используется во всех каких ни попадя клетках, бактериях там, любых короче.

Ну и вот. Представьте себе. Вы - раковая клетка. Вам надо срочно размножиться в большом количестве, зарасти весь организм, победить иммунитет и вообще, по сути, вести себя агрессивно и нагло. И вот вы, в плане производства АТФ, внезапно берете, выключаете мощность на своей митохондриальной турбине, пересаживаетесь на велосипед и начинаете крутить педали для производства энергии.

Где логика?!
Но это факт. Это уже многократно доказано. Раковые клетки действительно делают этот самый switch to glycolysis, как и клетки при перепрограммировании, когда они становятся молодыми.

Это можно объяснять разными причинами - ну там, например, что надо на это смотреть с точки зрения эволюции, как завещал Дарвин, и согласно этому раковые и эмбриональные клетки просто возвращаются в более раннее эволюционное состояние, вот и все. Скорее всего это только часть ответа - наверняка там есть более серьезные причины, но их никто не знает. Пока что никто не может дыже внятно померить, сколько именно процентов митохондриальной АТФ "выключено" в раковых или эмбриональных клетках. Потому что они не выключают митохондрии полностью, они их просто приглушают сильно. Но зачем? Да вот хрен бы знал.

Ну и короче у меня проблема. Я не могу это объяснить сенсею. Он мне пишет какие-то странные е-мэйлы. Например:
"Да, я понимаю, что у быстро размножающихся клеток большая потребность в энергии, поэтому они переключаются на гликолиз, но ты же хочешь сказать, что гены гликолиза стабильны, у тебя не вяжется одно с другим".

Или

"Согласно твоему объяснению, генерация АТФ не работает после перепрограммирования, поэтому гены ни возрастают, ни убывают".

Facepalm.

Что мне делать? Это хай скул байолоджи! Впрочем, он физик.

Comments

[razorbck.livejournal.com]

Я тоже физик, по крайней мере по образованию. И я вас вроде понял. Но это не школьная биология.

[aridmoors.livejournal.com]

Сенсея смущает, видимо как физика, что не надо больше АТФ для более быстрого размножения. Я могу его понять. Как физика. Но суть в том, что бактерии тоже так же себя ведут. Они выключают более эффективные способы производства АТФ в условиях, когда вокруг куча еды и надо быстро-быстро размножаться, и это уже было многократно показано.

[aridmoors.livejournal.com]

Вообще я не учила в школе цикл Кребса и гликолиз, но я много чего не учила, может оно там было, а я проболела...

[zaharov.livejournal.com]

Объясните ему, что клеткам не так уж и хочется убить пораженный организм как можно быстрее. Им хочется не только быстро размножится, но и подольше пожить. И приходится решать две противоположные задачи: сделать сверхмощный механизм размножения, забивающий всех тапками, и держать это размножение в рамках, чтобы организм не помер за 5 мин.
Самое оптимальное решение этой проблемы - пережать краник у горелки: пересадить процесс на низкоэффективный источник энергии, но иметь  возможность форсажа за счет резервного высокоэффективного.
Напомните, что самые заразные инфекции, типа гриппа, несмертельны, а самые смертельные либо заражают с большим трудом, либо мгновенно убивают контингент и себя, и дальше не распространяются.

[aridmoors.livejournal.com]

Ммм, я думаю, раковые клетки не знают, что они в организме. И им не хочется в целом вести себя разумно и планировать. Мне так кажется.

[deadmadcat.livejournal.com]

Я думала, это оттого что организм просто не успевает поставлять быстро делящимся клеткам достаточное количество кислорода. Ну т.е. пока кислород есть - сжигаем глюкозу в митохондриях, кислород закончился, а глюкоза еще есть - приходится использовать гликолиз, пусть это и неэффективно. А что, нет?

[aridmoors.livejournal.com]

Раковые клетки используют гликолиз независимо от наличия или отсуствия кислорода. Он поэтому называется Анаэробный гликолиз. Непонятно, почему так.

[erinacea.livejournal.com]

А нельзя сделать графики или диаграммы, чтобы наглядно показать, что все происходит так, как вы говорите?

[alexispokrovski.livejournal.com]

Ок, я тоже физик -- попробуем на мышах кроликах :)

1. Понятно:
а) митохондрии эффективнее гликолиза в производстве клеточного бензина
б) при перепрограммировании энд раке производство бензина съезжает (возможно, не полностью) с митохондриальной схемы на гликолизную
в) почему происходит б) -- непонятно
г) вы обнаружили, что при перепрограммировании гены, относящиеся к гликолизу, не меняются

2. Непонятно:
что именно вы пытаетесь объяснить сенсею

[olezhek.livejournal.com]

Ну...вроде у Эффекта Варбурга есть и мно го других возможных объяснений..даже в Википедии

[zaharov.livejournal.com]

Они - результат эволюции поражаемого организма. Виды, порождающие более агрессивный рак, вымерли.

why cancer cells glycolysis

[aqqua.livejournal.com]

на первой же странице выдачи гугла при ответе на этот вопрос вылезла статья Боба Гиллеса: в опухоли душно, кисло и невесело, и чтобы выжить и продолжать дальше, выгоднее перейти к гликолизу.

кстати. спасибо за интересные темы для обсуждения.

Why do cancers have high aerobic glycolysis?
Robert A. Gatenby & Robert J. Gillies Nature Reviews Cancer volume 4, pages 891–899 (2004)
doi:10.1038/nrc1478

If carcinogenesis occurs by somatic evolution, then common components of the cancer phenotype result from active selection and must, therefore, confer a significant growth advantage. A near-universal property of primary and metastatic cancers is upregulation of glycolysis, resulting in increased glucose consumption, which can be observed with clinical tumour imaging. We propose that persistent metabolism of glucose to lactate even in aerobic conditions is an adaptation to intermittent hypoxia in pre-malignant lesions. However, upregulation of glycolysis leads to microenvironmental acidosis requiring evolution to phenotypes resistant to acid-induced cell toxicity. Subsequent cell populations with upregulated glycolysis and acid resistance have a powerful growth advantage, which promotes unconstrained proliferation and invasion.

[aridmoors.livejournal.com]

Ну вот, и ты туда же:))

В википедии совсем ничего не говорится по поводу этого эффекта в стволовых клетках. А он там есть. И я именно по этому поводу с сенсеем не могу никак объясниться. Ну потому что эффект варнбурга действительно можно пытаться объяснять там мутациями, нефункционирующими митохондриями и прочим в раковых клетках, но как ты это объяснишь в эмбриональных клетках, а? Там-то все чистенькое-новенькое!

Нет. Дарвин правильно сказал. В биологии все имеет смысл только через призму эволюции. Так не только я думаю, так и другие сейчас тоже думают, но это да, типа последние прорывы, все такое.

Короче я вот этот абзац написала, а он его не понял совсем:

These results can be explained from the point of view of requirement for glycolysis. Recent research has shown that iPS reprogramming is accompanied by a switch from oxidative phosphorylation (hereafter, OXPHOS) to glycolysis (Zhang et al. 2012) and that inhibition of glycolysis can impede reprogramming (Folmes et al. 2011). Multiple research has shown that glycolysis, in principle, can provide sufficient energy for cell proliferation (for extensive review see Vander Heiden et al. 2009). In fast-proliferating cells the so-called switch to glycolysis refers to altered ratio between the ATP generated by glycolysis and by OXPHOS, but does not mean the disappearance of OXPHOS. In fact, it has been shown multiple times that in fast-proliferating cells (e.g. cancer cells) the mitochondrial OXPHOS function is intact (Koppenol et al. 2011), (Hsu and Sabatini 2008). Pluripotent stem cells have been shown to possess the same mitochondrial to total protein mass ratio as fibroblasts (Birket et al., 2011; Zhang et al., 2011). All of the above, taken together with our data, suggests that the upregulation of glycolytic proteins necessary for the “gradual modest increase” mentioned in the preceding paragraph, may happen on the protein level rather than on the mRNA level, and that such glycolytic proteins as Pgk1 and Gapdh, or a part of ATP synthase Atp5f1 may, indeed, provide the most stable reference for mRNA analysis during iPS reprogramming.

Re: why cancer cells glycolysis

[aridmoors.livejournal.com]

У раковых клеток это может быть валидная гипотеза, но как насчет эмбриональных клеток - они тоже "задыхаются"?

Впрочем, про раковые клетки не так давно тоже были исследования, показыва.щие, что в раке далеко не везде гипоксия, не в каждом раке и не везде в одной опухоли, так что такое объяснение не очень годится. Хотя меня интересуют в основном стволовые клетки, рак хрен с ним.

Glycolysis and TCA

[(Anonymous)]

Я не совсем понимаю, в чём у вас проблема - PI не принимает объяснение почему уровень мРНКи ферментов гликолиза не меняется при дедифференцировке или почему TCA менее загружен?
Насколько я представляю это всё-таки разные вещи (если что я биохимик, а не клеточный биолог).
На гликолиз завязана, наверное, половина, если не больше, всех реакций в клетке, и производство атф не самая важная функция гликолиза. Промежуточные продукты (3PG, PEP, R5P), так же, как и основной продукт гликолиза - пируват это прекурсоры для аминокислот. Если необходим активный белковый синтез (а он нужен для смены фенотипов при дифференцировке), то клетке придётся крутить гликолиз. Кроме того, пируват конвертируется в ацетилКоа, со всеми последствиями в виде синтеза холестерола (честно не в курсе работает ли этот путь в ваших клетках) и апрегуляции всех реакций ацетилирования & ингибирование деацетилирования, итд.
Когда клеткам нужно активно расти или меняться, то им нужны ресурсы, а не энергия, поэтому логично направлять как можно больше всего синтез. И крутить TCA только если есть избыток пирувата.

why stem cell glycolysis

[aqqua.livejournal.com]

Gu et al., 2016, Cell Stem Cell 19, 476–490, October 6, 201 dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.08.008

ну наверное "зачем" это не тот же вопрос, что "почему". Вот в конце статейки эти люди обсуждают, что таки да, чем выше уровень гликолиза, тем более наивны клетки. И таки рассуждают, что внутри эмбриона, в некоторых стадиях, среда способствуте гликолизу.

Скорее всего, всё зависит от среды, в которой происходит дело. Вот например. В эритроцитах митохондрий нет совсем. Ну так вокруг глюкозы хватает. В эндотелии митохондрии есть. Но как правило, эндотелий ими почти не пользуется. Что тоже понятно - глюкозы там с одного бока вполне достаточно. Но если что, то может их включить.

Одна из возможных гипотез - клетка пытается найти способ борьбы с ROS.

Re: why stem cell glycolysis

[aridmoors.livejournal.com]

О, отличная статья, иллюстрирующая то, что я хочу сказать. Чуваки сделали анализ мРНК и нашли, что гены гликолиза не меняются, а меняется MYC. Отличный пассаж, меня прет: Given our data that the metabolic phenotype of naive cells is characterized by increased glucose metabolism, we next performed gene set enrichment analysis (GSEA) on RNA-seq data from the primed hESCs versus naive cell clones to identify metabolism-related gene sets distinct between these two states of pluripotency. We found that MYC-regulated gene sets are significantly enriched in naive versus primed cells.

То есть они такие посмотрели на данные, данные у них - оба на, нихрена не показали насчет их любимой гипотезы что гены гликолиза должны прыгнуть, а показали МИК, и они такие пишут: о, МИК повышен, наверно это значит гликолиз.

Да блин! Мик - это древний плюрипотентный фактор! Это онкоген и это чертов фактор плюрипотентности! Не надо притягивать его за уши к глюкозе!
Впрочем, биологи всегда так делают, в смысле притягивания за уши.

Сами же пишут:
the expression patterns in KEGG glycolysis pathway genes are very similar between naive hESCs derived by Takashima et al. and those derived using the 5i/LAF method when compared to their respective primed counterparts

Вот внизу химик написал очень правильный коммент. Вот это то, что я не могу донести до сенсея. Видимо, мало быть биологом, надо быть еще и химиком. Но я же вроде не химик... хотя я из биохим-лабы, это да.

Re: why stem cell glycolysis

[aridmoors.livejournal.com]

Нет, про МИК меня выбесило вообще. Половина нейробластомы построена на МИКе (функциональных активаторных мутациях МИКа), вы давайте еще заявите, что вся нейробластома построена на глюкозе, ога. Биолухи.

Насчет Вашего комментария про глюкозу:
"В эритроцитах митохондрий нет совсем. Ну так вокруг глюкозы хватает. В эндотелии митохондрии есть. Но как правило, эндотелий ими почти не пользуется. Что тоже понятно - глюкозы там с одного бока вполне достаточно."

Митохондрии не производят глюкозу. Митохондрии перерабатывают пируват, который получается из гликолизного цикла, в АТФ (но не только - а в кучу еще других вещей). То Ваш комментарий не подходит. Он подходил бы, если бы был про кислород (согласно современным воззрениям, во всяком случае) - типа если кислорода много, то митохондрии активны, а если мало, то гликолиз.

Про ROS - а рак тогда? Раку же не надо бороться с РОС, им наоборот надо быстрее мутировать, чтоб легче приспосабливаться к условиям.

Re: Glycolysis and TCA

[aridmoors.livejournal.com]

Пиай не понимает вот всё то, что вы тут написали.По пунктам, он не понимает:
1) На гликолиз завязана, наверное, половина, если не больше, всех реакций в клетке
2) производство атф не самая важная функция гликолиза
3) Промежуточные продукты (3PG, PEP, R5P), так же, как и основной продукт гликолиза - пируват это прекурсоры для аминокислот
4) Когда клеткам нужно активно расти или меняться, то им нужны ресурсы, а не энергия, поэтому логично направлять как можно больше всего синтез. И крутить TCA только если есть избыток пирувата

Вы прекрасны.
Это именно то, как НАДО видеть эти вещи, и к сожалению очень мало биологов видят это именно так, наверное потому что плохо учили химию. Ну и я не могу вот это все объяснить сенсею. Он начитался статей биологов, которые пишут обычно так: "раковые/плюрипотентные клетки переходят к гликолизу для производства энергии, и это называется эффект Варнбурга".

После прочтения этого биологи (которые обычно не имеют представления, что такое гликолиз) решают, что раз клетка переходит к гликолизу, значит гликолиз дает больше энергии, и счастливо пытаются найти причины этого перехода с точки зрения требований к большему количеству АТФ.

Ну и сенсей этого начитался и у меня с ним глобальное химическое непонимание.

[matsuryoshka.livejournal.com]

Как интересно! Мне кажется, вполне понятное объяснение...хотя, если у меня не возникло уточняющих вопросов- допускаю, что я не поняла.
А что советует киотский сэнсей, как поступить? И как вообще в Японии принято поступать в таких случаях?
А можно вообще просто делать свое дело и ничего не обсуждать с Осакским?

Re: why endothelial cell glycolysis

[aqqua.livejournal.com]

"В эритроцитах митохондрий нет совсем. Ну так вокруг глюкозы хватает. В эндотелии митохондрии есть. Но как правило, эндотелий ими почти не пользуется. Что тоже понятно - глюкозы там с одного бока вполне достаточно." Митохондрии не производят глюкозу. Митохондрии перерабатывают пируват, который получается из гликолизного цикла, в АТФ (но не только - а в кучу еще других вещей). То Ваш комментарий не подходит. Он подходил бы, если бы был про кислород (согласно современным воззрениям, во всяком случае) - типа если кислорода много, то митохондрии активны, а если мало, то гликолиз.
===============================================================:
"Role of Endothelial Cell Metabolism in Vessel Sprouting" обзор в журнале Cell_Metabolism.
dx. doi. org /10. 1016/j. cmet.2013. 08.001 сообщает нам:
"Endothelial Cells Are Addicted to Glycolysis"!
"ECs line blood vessels and have immediate access to oxygen in the blood, which could promote mitochondrial respiration. Nonetheless, most studies report that ECs do not rely on oxidative metabolism but are highly glycolytic, generating more than 80% of their ATP in this pathway In the presence of physiological glucose concentrations, only <1% of pyruvate generated in glycolysis is oxidized in the tricarboxylic acid (TCA) cycle"!
"quiescent ECs are exposed to high oxygen levels in the blood".
Так что кислорода в сосудах более чем достаточно, а гликолиз так и прёт. Вполне современные воззрения.
====================================================================================
Про ROS - а рак тогда? Раку же не надо бороться с РОС, им наоборот надо быстрее мутировать, чтоб легче приспосабливаться к условиям.
=====================================================================================
Раковым клеткам плохо, им бы сдохнуть давно пора, они бы может и хотели бы, типа через p53, но не дают. У них нет специальной задачи захвата вселенной, и чтоб злобно всё окучить окислителями, свободными радикалами, чтоб побыстрее и позлобнее мутировать. Просто так получилось.