Although it is well known that physical activity can prevent cancer, the molecular mechanisms behind these effects are poorly understood. During exercise, extracellular vesicles (EVs) are released into the circulation and mediate tissue crosstalk with potential effects on tumour cells and immune tumour microenvironment. The overall aim of CancerBeat is to characterize the molecular cargo of exercise-induced EVs and explore their effects on breast cancer (BC) progression in vitro and in vivo.
Vähk on keeruline multifaktoriaalne haigus, ent üks omadus on vähirakkudel ühine – kiireks kasvuks vajavad nad palju energiat. Ehkki vähirakkude energeetikat on uuritud pea sadakond aastat, on teadmised endiselt puudulikud ja info vastukäiv. Meie projekti tööhüpoteesiks on, et vähirakkude muutunud energeetiline muster peidab endas vähiteraapia märklaudu: blokeerides vähirakkude energiatransporti mõjutame otseselt nende kasvu. Iseloomustame põhjalikult kolorektaal- ja rinnavähi metaboolseid kinaase ja VDAC kanali läbilaskvust, kasutades fluksoomika, proteoomika ja matemaatilise modelleerimise meetodeid. Paralleelselt operatsioonijärgsete koeproovidega kasutame vastavaid in vitro koekultuure. Märklaudade uuringutulemuste põhjal töötame välja onkobioenergeetilise platvormi, mis võimaldab hinnata vähirakkude pahaloomulisust ja ravimeetodite efektiivsust. Nendest andmetest koostame mõlemat tüüpi kasvajate prognoosi ja raviks hindamiseks vajalikud matemaatilised mudelid.
Värsked uuringud on näidanud, et oksüdatiivse stressi ja bioenergeetiliste radade vastastikune regulatsioon mängib põhjapanevat rolli neurodegenertsiooni tekkes ja kulgemises. Häired bioenergeetilistes radades (nt glükolüüsis) ning suurenenud oksüdatiivne stress ajus on omased erinevatele neurodegeneratiivsetele haigustele juba varajases staadiumis. Samas rutiinselt kasutatavad in-vitro rakukasvatamistingimused ise põhjustavad muutusi nii bioenergeetikas kui oksüdatiivse stressi vastuses. Seega, nii mehhanismi uuringud kui ka potentsiaalsete ravimkandidaatide testimine rakukultuuris on kallutatud ning ei peegelda in-vivo situatsiooni. Selle projekti eesmärk on optimeerida rakukultuuri tingimusi nii, et bioenergeetiliste radade aktiivus ja raku antioksüdatiivne vastus oleksid sarnased in-vivo olukorrale. Uuringu tulemusi kasutatakse uue platvormi loomiseks uudsete neuroprotektiivsete ainete identifitseerimiseks kasutades suure tootlikkusega sõelumismeetodit.
Antud projekti eesmärk on määrata energiametabolismis toimuvate kriitiliste muutuste ning raku tsütoskeleti teisenemise põhjused kasvajarakkudes analüüsides võrdlusena rakufunktsioone normis. Hiljuti arendatud teadussuund, molekulaarne süsteemibioenergeetika (MSB), mis on süsteemibioloogia oluliseks osaks, võib pakkuda pöördelisi avastusi kasvajarakkude ja lihasrakkude bioenergeetika valdkonnas. MSB paradigmat ja selle meetodeid, nagu näiteks metaboolse kontrolli analüüs, proteoomika ja metaboloomika, on plaanis rakendada raku bioenergeetiliste parameetrite määramaiseks ja nende kvantifitseerimiseks, kaardistamaks kasvajarakule iseloomulikku bioenergeetilist profiili. MSB raames toimuva uuringu oluliseks eeliseks on katsete läbiviimine in vivo, mis on tähtis tulemuste edasisel kasutamisel diagnostikas. Projekt on jätkuks eelnevale MSB raames toimunud fundamentaaluuringule (SF0180114Bs08), mis oli suunatud bioenergeetiliste protsesside regulatsiooni selgitamisele lihasrakkudes in situ.
Kuni tänaseni pole rakkude maligniseerumisel asetleidvad energiametabolismi muutuste põhjused selged, ei teata täpselt, miks omavahel hästi koordineeritud rakuenergeetika võrgustik muutub primitiivseks glükolüütiliseks energiametabolismiks. Meie eelnevates uuringutes on selgelt näidatud, kuivõrd otsustavat rolli mängib selles regulatsioonis mitokondriaalne interaktosoom (MI)-superkompleks, mis sisaldab ATP Süntasoomi, mitokondriaalset kreatiinkinaasi, välismembraani pinge-tundlikku anioon kanalit (VDAC) ja tubuliini beta-2. Hiljuti avastati, et MI koostis vähirakkudes on muutunud, moodustades ATP süntasoom–VDAC–heksokinaas 2 superkompleksi; sellise kompleksi olemasolu võimaldab osaliselt mõista Warburgi efekti esinemist nendes rakkudes. Tubuliini beta-2 isovormi puudumine isoleeritud mitokondrites ja HL-1 rakkudes (südame fenotüübiga vähirakud) viib oksüdatiivse fosforüülimise suurenud näilisele afiinsusele eksogeense ADP jaoks. Meie tööhüpoteesiks on, et muutused MI struktuuris võivad toetada kantserogeneesi. Vähirakkudes asendub interaktsioon tubuliin-VDAC interaktsiooniga HK-VDAC, mis viib metaboolse regulatsiooni modifitseerumisele, mille käigus avaldub rakkude glükolüütiline profiil ning käivituvad mitmesugused anaboolsed reaktsioonid. Need uuringud varustavad meid uute tõenditega võimalikust erinevate kasvajate bioenergeetiliste iseärasuste mitmekesisusest. Bioenergeetilise vähimeditsiini innovatiivsed strateegiad lähtuvad sellest alusteadmisest ning esimeseks sammuks on arusaamine vähirakkude energiaproduktsiooni olemusest. Meie teiseks põhieesmärgiks on kvantitatiivselt kirjeldada kontrolli jaotumist energiaülekandes osalevate komplekside vahel, mis kuuluvad MI koosseisu nii kliinilises materjalis kui rakukultuurides. Selles kontekstis on tulemuslik rakendada selleks metaboolse kontrolli analüüsi (MCA) meetodit. Selle projekti uudseks momendiks on nende mehhanismide väljaselgitamine, mis osalevad oksüdatiivse fosforüülimise regulatsioonis vähirakkudes ning rinnavähi patsientide kliinilises materjalis. VDAC kanali ja tubuliini interaktsioon, mis indutseerib oksüdatiivse mitokondriaalse hingamise regulatsiooni koos andeniinukleotiidide mikrokompartmentatsiooniga võib olla uueks terapeutiliseks sihtmärgiks vähiravis. On plaanis läbi viia energiametabolismi komplekssed eksperimentaalsed uuringud eesmärgiga leida võimalikke seoseid vähi ravi ja prognoosi ning bioenergeetiliste parameetrite vahel, võimalik on ka uute biomarkerite ilmsikstulek.
