การศึกษาการทำงานผิดปกติของไมโทคอนเดรียในสายพันธุ์เนื้องอกประสาทของ SK

ไมโทคอนเดรียทำหน้าที่เป็นโรงไฟฟ้าของเซลล์ แต่บทบาทของมันไม่ได้จำกัดอยู่แค่การผลิต ATP เท่านั้น แต่ยังครอบคลุมถึงหน้าที่สำคัญในกระบวนการอะพอพโทซิส การรักษาสมดุลแคลเซียม และการสร้างอนุมูลอิสระออกซิเจนที่ Cytion เราตระหนักดีว่าการทำงานผิดปกติของไมโตคอนเดรียเป็นทั้งปัจจัยขับเคลื่อนการลุกลามของเนื้องอกประสาทและจุดอ่อนทางการรักษาที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการรักษาได้ สายเซลล์เนื้องอกประสาท SK รวมถึง SK-N-SH, SK-N-BE(2) และ SK-N-MC เป็นแพลตฟอร์มที่สำคัญสำหรับการศึกษาชีววิทยาของไมโตคอนเดรียในมะเร็งเด็กและการพัฒนายารักษาที่มุ่งเป้าไปที่ไมโตคอนเดรีย

ประเด็นสำคัญ

• สายพันธุ์เนื้องอกประสาทของ SK แสดงการทำงานของไมโตคอนเดรียที่แตกต่างกันซึ่งสัมพันธ์กับสถานะการแยกตัว
• การเพิ่มจำนวนของ MYCN ส่งผลกระทบต่อการสร้างและเมตาบอลิซึมของไมโตคอนเดรีย
• ศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของความสมบูรณ์ของเซลล์และการตอบสนองต่อยา
• สมดุลระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจนกับการแตกตัวของน้ำตาลในเซลล์มีผลต่อความไวต่อการรักษา
• สารประกอบที่มุ่งเป้าไปที่ไมโทคอนเดรียแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการรักษาโรคมะเร็งประสาทของเด็ก

พอร์ตโฟลิโอเซลล์ไลน์เนื้องอกระบบประสาทของ SK

สายพันธุ์เซลล์เนื้องอกประสาทของเด็กในซีรีส์ SK มีความหลากหลายทางชีวภาพอย่างมาก สะท้อนถึงลักษณะที่ไม่เหมือนกันของมะเร็งในเด็กชนิดนี้ แต่ละสายพันธุ์มีข้อได้เปรียบที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับไมโตคอนเดรีย โดยขึ้นอยู่กับสถานะการแยกตัว, สถานะของ MYCN, และลักษณะการเผาผลาญ

เซลล์ SK-N-SHของเรา(305028)เป็นหนึ่งในแบบจำลองเนื้องอกประสาทที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งได้มาจากมะเร็งที่แพร่กระจายในไขกระดูก สายพันธุ์นี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายอย่างมาก โดยประกอบด้วยเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายเนื้องอกประสาท (ชนิด N) และเซลล์ที่เกาะติดกับพื้นผิว (ชนิด S) ซึ่งมีคุณสมบัติของไมโตคอนเดรียที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนเซลล์ SK-N-SH สามารถถูกเหนี่ยวนำให้เปลี่ยนแปลงสภาพเป็นเซลล์ชนิดอื่นได้ด้วยกรดเรติโนอิก ซึ่งให้ระบบสำหรับการศึกษาว่ากระบวนการเปลี่ยนแปลงสภาพนี้ส่งผลต่อการทำงานของไมโตคอนเดรียอย่างไร

เซลล์ SK-N-BE(2) (305058)มีการเพิ่มจำนวนของยีน MYCN ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ทางพยาธิวิทยาที่สำคัญในโรคมะเร็งประสาทของเด็ก (neuroblastoma) และมีอิทธิพลอย่างมากต่อชีววิทยาของไมโตคอนเดรีย MYCN กระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและหน้าที่ของไมโตคอนเดรีย ซึ่งก่อให้เกิดการพึ่งพาทางเมตาบอลิซึมที่ไม่เหมือนใครซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นเป้าหมายในการรักษาได้

สำหรับแบบจำลองเซลล์ประสาทโดปามีนิกเซลล์ SH-SY5Y (300154) ซึ่งเป็นสายพันธุ์ย่อยของ SK-N-SH ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในงานวิจัยเกี่ยวกับโรคพาร์กินสันและพิษต่อระบบประสาท ซึ่งภาวะการทำงานผิดปกติของไมโตคอนเดรียมีบทบาทสำคัญ

การประเมินศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรีย

ศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรีย (ΔΨm) เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของความสมบูรณ์และการทำงานของไมโทคอนเดรีย ความชันของศักย์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นข้ามเยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย ซึ่งเกิดจากกระบวนการขนส่งอิเล็กตรอน เป็นตัวขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP และควบคุมกระบวนการต่างๆ ภายในไมโทคอนเดรียหลายประการ

สีย้อม JC-1 ให้การประเมินแบบอัตราส่วนของ ΔΨm ในเซลล์เนื้องอกประสาทของ SK ในไมโตคอนเดรียที่มีสุขภาพดีซึ่งมี ΔΨm สูง JC-1 จะรวมตัวกันและเปล่งแสงสีแดง; ในขณะที่ไมโตคอนเดรียที่สูญเสียโพลาไรซ์ซึ่งมี ΔΨm ต่ำ จะประกอบด้วย JC-1 ในรูปโมโนเมอร์ที่เปล่งแสงสีเขียว อัตราส่วนของแสงสีแดงต่อแสงสีเขียวเป็นตัวบ่งชี้ศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ในแต่ละประชากรของเซลล์

TMRE (tetramethylrhodamine ethyl ester) เป็นทางเลือกที่มีวิธีการวิเคราะห์ที่ง่ายกว่า สีย้อมที่สามารถซึมผ่านเซลล์นี้สะสมในไมโตคอนเดรียที่มีการแบ่งขั้วในสัดส่วนที่สัมพันธ์กับ ΔΨm การวัดด้วยโฟลไซโตเมทรีหรือเครื่องอ่านเพลทช่วยให้สามารถประเมินผลกระทบของยาต่อการแบ่งขั้วของไมโตคอนเดรียได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง

การสูญเสียการแยกขั้วของไมโทคอนเดรียมักเกิดขึ้นก่อนการเกิดอะพอพโทซิส ทำให้การวัดค่า ΔΨm มีคุณค่าในการระบุสารประกอบที่กระตุ้นเส้นทางอะพอพโทซิสภายในเซลล์ เซลล์เนื้องอกประสาทของ SK ที่ได้รับการรักษาด้วยสารเคมีบำบัดจะแสดงการสูญเสียค่า ΔΨm ที่เป็นลักษณะเฉพาะก่อนการกระตุ้นแคสเปสและการตายของเซลล์

การฟอสโฟรีเลชันแบบออกซิเดทีฟและการวิเคราะห์โปรไฟล์เมตาบอลิซึม

การวิเคราะห์ฟลักซ์นอกเซลล์ของซีฮอร์สได้ปฏิวัติการประเมินการหายใจของไมโตคอนเดรียในเซลล์ที่สมบูรณ์ โดยการวัดอัตราการบริโภคออกซิเจน (OCR) และอัตราการเกิดกรดนอกเซลล์ (ECAR) พร้อมกัน นักวิจัยสามารถสร้างโปรไฟล์การมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของการฟอสฟอรีเลชันออกซิเดทีฟและการไกลโคไลซิสในการผลิตพลังงานของเซลล์

การทดสอบความเครียดของไมโตคอนเดรีย (Mito Stress Test) จะเพิ่มโอลิโกไมซิน (ตัวยับยั้ง ATP synthase), FCCP (ตัวแยกการทำงาน) และโรเทโนน/แอนติไมซิน เอ (ตัวยับยั้ง Complex I/III) ตามลำดับ เพื่อคำนวณพารามิเตอร์สำคัญ ได้แก่ การหายใจพื้นฐาน, การหายใจที่เชื่อมโยงกับ ATP, ความจุการหายใจสูงสุด และความสามารถในการหายใจสำรอง

สายพันธุ์เนื้องอกระบบประสาทของ SK มีความแตกต่างกันในด้านการพึ่งพา OXPHOS สายพันธุ์ที่มีการเพิ่มจำนวน MYCN เช่น SK-N-BE(2) มักแสดงการหายใจของไมโตคอนเดรียที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสนับสนุนความต้องการในการแบ่งตัวที่สูง ลักษณะทางเมตาบอลิซึมนี้สร้างความเปราะบางต่อสารยับยั้ง OXPHOS ซึ่งอาจนำมาใช้ประโยชน์ในการรักษาได้

ความยืดหยุ่นทางเมตาบอลิซึมสามารถประเมินได้โดยการเพาะเลี้ยงเซลล์ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีกลูโคสและมีกาแลคโตส ซึ่งบังคับให้เซลล์ต้องพึ่งพา OXPHOS เป็นหลัก สายพันธุ์เซลล์ที่มีการทำงานของไมโตคอนเดรียผิดปกติจะแสดงการเจริญเติบโตที่ลดลงภายใต้สภาวะนี้ ทำให้สามารถคัดกรองการทำงานของไมโตคอนเดรียที่บกพร่องได้

อนุมูลอิสระออกซิเจนและภาวะเครียดออกซิเดชัน

ไมโทคอนเดรียเป็นแหล่งกำเนิดและเป้าหมายหลักของอนุมูลอิสระออกซิเจน (ROS) การรั่วไหลของอิเล็กตรอนจากสายโซ่การหายใจจะสร้างซูเปอร์ออกไซด์ ซึ่งสามารถทำลายดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย โปรตีน และไขมัน สร้างวงจรอุบาทว์ของความผิดปกติของไมโทคอนเดรียและการผลิต ROS

MitoSOX Red สามารถตรวจจับซูเปอร์ออกไซด์ในไมโตคอนเดรียได้อย่างเฉพาะเจาะจง ทำให้สามารถประเมินการผลิต ROS ในไมโตคอนเดรียของเซลล์เนื้องอกประสาทของ SK ได้ การเพิ่มขึ้นของฟลูออเรสเซนซ์ของ MitoSOX บ่งชี้ถึงความเครียดออกซิเดชันที่อาจมีส่วนทำให้เกิดพยาธิสภาพของโรคหรือการตอบสนองต่อยา

สมดุลระหว่างการเกิดอนุมูลอิสระ (ROS) และการป้องกันด้วยสารต้านอนุมูลอิสระเป็นตัวกำหนดสถานะรีดอกซ์ของเซลล์ ซุปเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสในไมโทคอนเดรีย (SOD2) เปลี่ยนซูเปอร์ออกไซด์เป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งจะถูกกำจัดพิษต่อไปโดยกลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส เซลล์เนื้องอกประสาทต้นกำเนิดชนิด SK มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่แตกต่างกัน ส่งผลต่อความไวต่อความเครียดจากออกซิเดชัน

กลยุทธ์การรักษาแบบโปรออกซิแดนท์มีเป้าหมายเพื่อเอาชนะกลไกป้องกันอนุมูลอิสระของเซลล์มะเร็ง สารประกอบที่เพิ่ม ROS ในไมโทคอนเดรีย รวมถึงยาเคมีบำบัดบางชนิดและยาเฉพาะจุด อาจแสดงประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ที่มีความสมดุลรีดอกซ์บกพร่องอยู่แล้ว

การบำบัดที่มุ่งเป้าไปที่ไมโทคอนเดรีย

คุณสมบัติเฉพาะของไมโทคอนเดรียช่วยให้สามารถพัฒนาวิธีการรักษาที่มุ่งเป้าไปยังออร์แกเนลล์ได้ ไอออนบวกที่ชอบไขมันจะสะสมในไมโทคอนเดรียโดยอาศัยศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็นกลไกในการนำส่งสารบำบัดไปยังเป้าหมาย

BH3 mimetics เช่น venetoclax มีเป้าหมายที่โปรตีนในตระกูล BCL-2 ที่ต่อต้านการตายของเซลล์ที่ไมโตคอนเดรีย โดยปล่อยปัจจัยที่ส่งเสริมการตายของเซลล์และกระตุ้นการตายของเซลล์ เซลล์เนื้องอกในสมองของเด็กชนิด SK แสดงระดับของสมาชิกในตระกูล BCL-2 ที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความไวต่อสารที่มีเป้าหมายเหล่านี้

สารยับยั้งคอมเพล็กซ์ I รวมถึงเมตฟอร์มินและฟีนฟอร์มิน รบกวนการผลิต ATP ในไมโตคอนเดรีย เซลล์เนื้องอกประสาทชนิด MYCN-amplified ที่มีความพึ่งพา OXPHOS เพิ่มขึ้น อาจแสดงความไวต่อการแทรกแซงทางเมตาบอลิซึมเหล่านี้เป็นพิเศษ

ผลิตภัณฑ์ที่แนะนำสำหรับการวิจัยไมโทคอนเดรียในเนื้องอกประสาทชนิด Neuroblastoma:

• เซลล์ SK-N-SH (305028)- แบบจำลองเนื้องอกประสาทชนิดไม่สม่ำเสมอ
• เซลล์ SK-N-BE(2) (305058)- โมเดลที่มีการเพิ่มจำนวน MYCN
• เซลล์ SH-SY5Y (300154)- เนื้องอกประสาทชนิดโดปามิเนอร์จิก
• เซลล์ SK-N-MC (300340)- ลักษณะทางพันธุกรรมของเซลล์ประสาท