線粒體是眾所周知的角色強國在我們的細胞,使用呼吸釋放的能量在我們所吃的食物和捕獲分子能量的三磷酸腺苷,或ATP。

麻省理工學院的研究人員揭示為什么增殖細胞線粒體呼吸。雖然有其他方法讓ATP,細胞增殖不能沒有訪問電子受體提供了呼吸。

增殖細胞,必須有足夠的天冬氨酸目前創建的所有新細胞的RNA和DNA,以及它的蛋白質。天冬氨酸是一種氨基酸,蛋白質的基本構建塊之一,但與其他bloodstream-indeed不是現成的,似乎身體可能積極限制血液水平的氨基酸性,因而每個哺乳動物細胞都有它自己的。此外,天冬氨酸和核酸、細胞需要一個地方把額外的電子,因為最終產品少于細胞攝取的食物。

“這是一個所有增殖細胞必須解決的問題,”說馬修·范德Heiden艾森發展生物學副教授和麻省理工學院的一個成員的科赫研究所綜合癌癥研究。新陳代謝“這是一個問題我沒有考慮過,但是有細菌世界的人花了大量的時間。”

剩余的電子

范德Heiden和他的同事們一直在研究哺乳動物細胞的方式解決這個問題,利用那些多余的電子。

他們使用腫瘤細胞轉基因的mitochondria-organelles有自己的dna禁用呼吸。沒有干預,這些細胞不能擴散,和他們逐漸減少的細胞死亡。添加一些天冬氨酸,然而,和他們的人口呈指數級增長,表明細胞無法創建自己的天冬氨酸沒有呼吸。

研究人員隨后實驗進一步發現確切的呼吸作用是在天冬氨酸的生產。如果某些營養物質,如丙酮酸,可以作為電子受體被添加到殘疾人細胞,它們能夠繁殖,即使沒有天冬氨酸。這表明這些細胞能夠讓使用添加天冬氨酸丙酮酸作為一個地方額外的電子時,氧氣是不可用的。這一發現對于癌癥研究非常重要,因為它是一個漏洞癌細胞可以繞過任何攻擊他們的呼吸。

“這是游戲的名稱為腫瘤。天藍色表示:“他們必須逐漸變大,細胞和發育生物學教授賓夕法尼亞大學,他并沒有參與這項研究。“我們不明白,天冬氨酸是如此重要。假設是關于生成代謝積木。”

西蒙和她的同事們工作在腎癌代謝問題。“馬特的文章告訴我們什么是細胞缺陷的電子傳遞鏈變得依賴丙酮酸,這是一個選擇電子受體生成天冬氨酸,”她說。

因為腫瘤獲得養分和氧氣有限,他們可能以不同的方式生成天冬氨酸。知道癌癥可能依賴于丙酮酸作為替代電子受體,正如一位方式檢查其增長,意味著研究者可以看看如何彌補這一漏洞。

寫在同一期細胞麻省理工學院的生物學教授大衛•薩巴蒂和懷特黑德研究所的成員,科赫研究所報告他使用不同的方法來確定和天冬氨酸之間的聯系細胞呼吸。薩巴蒂和他的同事們進行了遺傳CRISPR屏幕使用基因編輯工具,顯示沒有酶GOT1,細胞會死當呼吸抑制。在正常情況下,GOT1消耗天冬氨酸電子轉移到線粒體。

在進一步的研究中,研究人員發現,當呼吸被禁用,GOT1將試圖彌補缺乏線粒體的天冬氨酸合成催化逆反應,generating-instead consuming-aspartate在胞質或胞內液體。研究人員證實,丙酮酸將促進這個天冬氨酸的合成,拯救細胞增殖通過創建一個地方控制額外的電子。

“我們的工作顯示,呼吸在細胞增殖的主要作用不是能源生產,而是讓這個簡單的氨基酸,天冬氨酸,“說Kivanc Birsoy,薩巴蒂的實驗室的博士后。“這個結果相當令人驚訝。”

癌癥之外的好處

這不僅僅是癌癥研究可能受益于這種關鍵的見解。對于患有線粒體疾病的人,他們其中conditions-many rare-often涉及細胞的問題呼吸。

“這些都是通常認為的ATP,但他們中的一些人也可能與電子受體,”范德Heiden說。他還指出,在衰老疾病,線粒體似乎常常出現故障,這些缺陷可能會從一個電子失衡。

要加倍確保丙酮酸作為電子受體的作用就是使天冬氨酸生產、范德Heiden嘗試使用另一個相同的過程營養,只有作為電子受體和滿足所有的丙酮酸的其他功能單元。結果是相同的。

全功能控制細胞似乎略得益于改進電子受體和aspartate-a可能導致未來的研究在正常的天冬氨酸是一個瓶頸細胞增殖。

超出其將來醫學研究應用程序,這一發現被認為是基本細胞生物學的一個重要進步。