Las mitocondrias (mitocondrias) son la "fábrica de energía" de la célula. Las mitocondrias contienen un conjunto de material genético, el ADN mitocondrial (ADNmt), que es independiente del núcleo. Debido al importante papel de las mitocondrias en la homeostasis energética, los trastornos mitocondriales pueden provocar múltiples enfermedades, entre ellas, trastornos del desarrollo, enfermedades neuromusculares, enfermedades metabólicas, progresión del cáncer, etc.
Aunque los científicos saben desde hace tiempo que las mitocondrias desempeñan un papel crucial en el metabolismo y la producción de energía de las células cancerosas, hasta ahora se sabe poco sobre la relación entre la organización estructural de la red mitocondrial y su actividad bioenergética funcional a nivel tumoral general.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles publicaron recientemente un artículo de investigación en la revista Nature, titulado: Mapeo espacial de redes mitocondriales y bioenergética en el cáncer de pulmón.
Este estudio utiliza tomografía por emisión de positrones (PET) acoplada a microscopía electrónica para generar un mapa de superresolución de 3- dimensiones de la red mitocondrial en tumores pulmonares de ratones modificados genéticamente. El equipo de investigación utilizó tecnología de aprendizaje profundo (Deep Learning) para clasificar los tumores en función de la actividad mitocondrial y otros factores para cuantificar la estructura mitocondrial de cientos de células y miles de mitocondrias en todo el tumor.
El equipo examinó dos subtipos principales de adenocarcinoma de pulmón -- (LUAD) y carcinoma de células escamosas de pulmón (LUSC) en el cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) e identificó diferentes subconjuntos de redes mitocondriales en estos tumores. Es importante destacar que descubrieron que las mitocondrias a menudo se organizan con gotitas de lípidos para crear estructuras subcelulares únicas que respaldan el metabolismo de las células tumorales y la actividad mitocondrial.
Las mitocondrias son esenciales para el control del metabolismo y la bioenergética en las células cancerosas, ya que forman redes altamente organizadas en las que las estructuras de sus membranas internas y externas determinan su capacidad bioenergética. Sin embargo, los estudios que describen la organización estructural de las redes mitocondriales y su actividad bioenergética in vivo siguen siendo limitados.
En este estudio, el equipo de investigación utilizó una plataforma integrada que consta de imágenes de tomografía por emisión de positrones, respirometría y microscopía electrónica de superficie de bloque de barrido tridimensional para realizar un análisis estructural y funcional in vivo de la red mitocondrial y el fenotipo bioenergético del cáncer de pulmón de células no pequeñas (CPCNP).
Los diferentes fenotipos bioenergéticos y la dependencia metabólica identificados por el equipo de investigación en los tumores de CPCNP son coherentes con la organización estructural distinta de la red mitocondrial presente. Además, el estudio reveló que la red mitocondrial está organizada en regiones distintas en las células tumorales.
En tumores con una alta fosforilación oxidativa y una alta tasa de oxidación de ácidos grasos se encontró una red mitocondrial que rodea las gotitas que entran en contacto con ellas y las rodean. Mientras que en tumores con una baja tasa de fosforilación oxidativa, el alto flujo de glucosa regula la localización perinuclear de las mitocondrias, la remodelación estructural de las crestas y la capacidad respiratoria mitocondrial. Estos resultados sugieren que la red mitocondrial se divide en subpoblaciones distintas que controlan la capacidad bioenergética de los tumores.
El equipo afirma que el estudio representa el primer paso en la generación de un mapa tridimensional de alta resolución del cáncer de pulmón utilizando un modelo de ratón modificado genéticamente. Utilizando estos mapas, el equipo de investigación ha comenzado a crear mapas estructurales y funcionales de los tumores pulmonares, que pueden ayudar a entender cómo las células tumorales organizan estructuralmente sus estructuras celulares en respuesta a los altos requisitos metabólicos del crecimiento del tumor. Estos hallazgos también proporcionan información clave sobre la función mitocondrial en las células cancerosas, lo que promete proporcionar nueva información y mejores enfoques para las estrategias actuales de tratamiento del cáncer, al tiempo que señala una nueva dirección para abordar el cáncer de pulmón.
El Dr. Han Mingqi, autor principal del artículo, afirmó que el estudio descubrió algo nuevo en el flujo metabólico del cáncer de pulmón, ya que revela que las preferencias nutricionales de las células de cáncer de pulmón pueden estar determinadas por la compartimentación subcelular de sus mitocondrias y otros orgánulos, ya sea glucosa o ácidos grasos libres. Este hallazgo tiene implicaciones importantes para el desarrollo de terapias anticancerígenas efectivas que se dirijan a las preferencias nutricionales específicas de cada tumor. El enfoque de imágenes multimodales nos permite revelar este aspecto previamente desconocido del metabolismo del cáncer, y creemos que también se puede aplicar a otros tipos de cáncer, allanando el camino para futuras investigaciones en este campo.
