Nghiên cứu về rối loạn chức năng ty thể trong các dòng tế bào u thần kinh đệm SK

Ti thể đóng vai trò là "nhà máy năng lượng" của tế bào, nhưng chức năng của chúng không chỉ giới hạn ở việc sản xuất ATP mà còn bao gồm các chức năng quan trọng trong quá trình apoptosis, cân bằng canxi và sản sinh các gốc tự do oxy. Tại Cytion, chúng tôi nhận thức rằng rối loạn chức năng ty thể vừa là yếu tố thúc đẩy sự tiến triển của ung thư thần kinh vừa là điểm yếu điều trị có thể khai thác cho mục đích điều trị. Các dòng tế bào ung thư thần kinh SK, bao gồm SK-N-SH, SK-N-BE(2) và SK-N-MC, cung cấp nền tảng thiết yếu để nghiên cứu sinh học ty thể trong ung thư nhi khoa và phát triển các liệu pháp nhắm mục tiêu vào ty thể.

Điểm chính

• Các dòng tế bào neuroblastoma SK có chức năng ty thể biến đổi tương quan với trạng thái biệt hóa
• Sự khuếch đại MYCN ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp và chuyển hóa ty thể
• Tiềm năng màng ty thể là chỉ số quan trọng đánh giá sức khỏe tế bào và phản ứng với thuốc
• Cân bằng giữa phosphoryl hóa oxy hóa và glycolysis ảnh hưởng đến độ nhạy cảm với điều trị
• Các hợp chất nhắm mục tiêu vào ty thể cho thấy tiềm năng trong điều trị neuroblastoma

Bộ sưu tập dòng tế bào neuroblastoma SK

Dòng tế bào neuroblastoma SK thể hiện sự đa dạng sinh học đáng kể, phản ánh bản chất đa dạng của loại ung thư nhi khoa này. Mỗi dòng tế bào mang lại những ưu điểm riêng biệt cho nghiên cứu về ty thể dựa trên trạng thái biệt hóa, tình trạng MYCN và đặc điểm chuyển hóa của chúng.

Dòng tế bào SK-N-SH (305028) của chúng tôi là một trong những mô hình neuroblastoma được sử dụng rộng rãi nhất, được phân lập từ di căn tủy xương. Dòng này thể hiện sự đa dạng đáng kể, bao gồm cả tế bào giống neuroblast (loại N) và tế bào bám dính vào chất nền (loại S) với các đặc tính ti thể khác biệt. Tế bào SK-N-SH có thể được kích thích phân hóa bằng axit retinoic, cung cấp một hệ thống để nghiên cứu cách phân hóa ảnh hưởng đến chức năng ty thể.

Tế bào SK-N-BE(2) (305058) mang đột biến MYCN, một dấu hiệu tiên lượng quan trọng trong u thần kinh đệm, có ảnh hưởng sâu sắc đến sinh học ty thể. MYCN kích thích biểu hiện của các gen liên quan đến sinh tổng hợp và chức năng ty thể, tạo ra các phụ thuộc chuyển hóa độc đáo có thể được khai thác điều trị.

Đối với các mô hình tế bào thần kinh dopaminergic, tế bào SH-SY5Y (300154), một dòng con của SK-N-SH, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu bệnh Parkinson và độc tính thần kinh, nơi rối loạn chức năng ty thể đóng vai trò trung tâm.

Đánh giá tiềm năng màng ty thể

Tiềm năng màng ty thể (ΔΨm) là chỉ số quan trọng đánh giá sức khỏe và chức năng ty thể. Điện thế điện hóa qua màng trong ty thể, được tạo ra bởi chuỗi truyền điện tử, thúc đẩy tổng hợp ATP và điều chỉnh nhiều quá trình ty thể.

Chất nhuộm JC-1 cung cấp đánh giá tỷ lệ của ΔΨm trong tế bào neuroblastoma SK. Trong ty thể khỏe mạnh với ΔΨm cao, các tập hợp JC-1 phát ra ánh sáng đỏ; ty thể bị mất phân cực với ΔΨm thấp chứa các phân tử JC-1 đơn lẻ phát ra ánh sáng xanh. Tỷ lệ đỏ/xanh định lượng tiềm năng màng qua các quần thể tế bào.

TMRE (tetramethylrhodamine ethyl ester) cung cấp một phương pháp thay thế với phân tích đơn giản hơn. Chất nhuộm này tích tụ trong ty thể phân cực tỷ lệ với ΔΨm. Phân tích bằng cytometrie dòng hoặc máy đọc đĩa cho phép đánh giá quy mô lớn tác động của thuốc lên sự phân cực ty thể.

Sự mất phân cực ty thể thường xảy ra trước khi apoptosis, khiến việc đo ΔΨm trở nên quý giá trong việc xác định các hợp chất kích hoạt các con đường apoptosis nội tại. Các tế bào neuroblastoma SK được điều trị bằng các tác nhân hóa trị liệu cho thấy sự mất ΔΨm đặc trưng trước khi hoạt hóa caspase và chết tế bào.

Phosphorylation oxy hóa và phân tích chuyển hóa

Phân tích dòng chảy ngoại bào Seahorse đã cách mạng hóa việc đánh giá hô hấp ty thể trong tế bào nguyên vẹn. Bằng cách đo đồng thời tốc độ tiêu thụ oxy (OCR) và tốc độ acid hóa ngoại bào (ECAR), các nhà nghiên cứu có thể phân tích đóng góp tương đối của phosphoryl hóa oxy hóa và glycolysis vào sản xuất năng lượng tế bào.

Bài kiểm tra Mito Stress Test lần lượt thêm oligomycin (ức chế ATP synthase), FCCP (chất tách rời) và rotenone/antimycin A (ức chế phức hợp I/III) để tính toán các thông số chính bao gồm hô hấp cơ bản, hô hấp liên kết ATP, khả năng hô hấp tối đa và khả năng hô hấp dự trữ.

Các dòng tế bào neuroblastoma SK có sự khác biệt về mức độ phụ thuộc vào OXPHOS. Các dòng có MYCN được khuếch đại như SK-N-BE(2) thường có hô hấp ty thể tăng cường, hỗ trợ nhu cầu tăng sinh cao của chúng. Phenotype chuyển hóa này tạo ra sự nhạy cảm với các chất ức chế OXPHOS, có thể được khai thác về mặt điều trị.

Khả năng linh hoạt chuyển hóa có thể được đánh giá bằng cách nuôi cấy tế bào trong môi trường không chứa glucose, chứa galactose, buộc tế bào phải phụ thuộc vào OXPHOS. Các dòng tế bào có rối loạn chức năng ty thể sẽ bị suy giảm tăng trưởng trong điều kiện này, cho phép sàng lọc chức năng để phát hiện các khiếm khuyết ty thể.

Các loài oxy phản ứng (ROS) và stress oxy hóa

Ti thể là nguồn chính và mục tiêu của các loài oxy phản ứng (ROS). Sự rò rỉ electron từ chuỗi hô hấp tạo ra superoxide, có thể gây tổn thương DNA, protein và lipid của ti thể, tạo ra một vòng luẩn quẩn của rối loạn chức năng ti thể và sản xuất ROS.

MitoSOX Red phát hiện cụ thể superoxide trong ty thể, cho phép đánh giá sản xuất ROS ty thể trong tế bào neuroblastoma SK. Sự gia tăng độ phát quang MitoSOX cho thấy stress oxy hóa có thể góp phần vào cơ chế bệnh lý hoặc phản ứng với thuốc.

Sự cân bằng giữa sản xuất ROS và hệ thống chống oxy hóa quyết định trạng thái oxy hóa-khử của tế bào. Enzyme superoxide dismutase ty thể (SOD2) chuyển đổi superoxide thành hydrogen peroxide, sau đó được giải độc bởi glutathione peroxidases. Các tế bào neuroblastoma SK có khả năng chống oxy hóa khác nhau, ảnh hưởng đến độ nhạy cảm với stress oxy hóa.

Các chiến lược điều trị pro-oxidant nhằm mục đích vượt qua hệ thống phòng vệ chống oxy hóa của tế bào ung thư. Các hợp chất tăng cường ROS ty thể, bao gồm một số thuốc hóa trị và thuốc đích, có thể cho thấy hiệu quả cao hơn trong các tế bào đã có trạng thái oxy hóa-khử bị suy yếu.

Thuốc điều trị nhắm mục tiêu vào ty thể

Các đặc tính độc đáo của ty thể cho phép phát triển các liệu pháp nhắm mục tiêu vào bào quan. Các cation lipophilic tích tụ trong ty thể do tiềm năng màng, cung cấp cơ chế nhắm mục tiêu cho các tác nhân điều trị.

Các chất mô phỏng BH3 như venetoclax nhắm mục tiêu vào các protein chống apoptosis của gia đình BCL-2 tại ty thể, giải phóng các yếu tố gây apoptosis và gây chết tế bào. Các tế bào neuroblastoma SK biểu hiện mức độ biến đổi của các thành viên gia đình BCL-2, ảnh hưởng đến độ nhạy cảm với các tác nhân nhắm mục tiêu này.

Các chất ức chế phức hợp I như metformin và phenformin làm gián đoạn sản xuất ATP của ty thể. Các tế bào neuroblastoma có sự khuếch đại MYCN với sự phụ thuộc tăng cường vào OXPHOS có thể cho thấy độ nhạy cảm đặc biệt đối với các can thiệp chuyển hóa này.

Sản phẩm được khuyến nghị cho nghiên cứu ty thể trong u thần kinh đệm:

• Tế bào SK-N-SH (305028) - Mô hình u thần kinh đệm đa dạng
• Tế bào SK-N-BE(2) (305058) - Mô hình có MYCN được khuếch đại
• Tế bào SH-SY5Y (300154) - Neuroblastoma dopaminergic
• Tế bào SK-N-MC (300340) - Phenotype thần kinh