Новое исследование показало, что часть токсина формальдегида в нашем организме не поступает из окружающей среды – это побочный продукт важной реакции внутри наших собственных клеток. Согласно исследованию, проведенному учеными из лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC), это может обеспечить новые цели для разработки методов лечения рака.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что формальдегид является побочным продуктом ключевого процесса, называемого «одним углеродным циклом». В этом цикле используется витамин – фолат – для создания ДНК и незаменимых аминокислот, которые необходимы клеткам для функционирования и размножения.
Доктор Кетан Патель, старший автор статьи из Лаборатории молекулярной биологии MRC, сказал: "Некоторое время мы знали, что в нашем организме должен вырабатывать формальдегид, но мы не знали, откуда он берется. Мы обнаружили, что некоторые из них происходят из неожиданного источника, ключевого пути, называемого одним углеродным циклом, который используется для создания строительных блоков жизни, таких как ДНК и определенные аминокислоты. Одноуглеродный цикл – это фундаментальный процесс, который присутствует во всех формах жизни, вплоть до бактерий."
Формальдегид – это токсин, потому что он может повредить ДНК. Однако у наших клеток есть две линии защиты от опасности формальдегида. Во-первых, фермент превращает формальдегид в менее опасное химическое вещество, называемое формиатом. А во-вторых, повреждение ДНК, вызванное формальдегидом, можно исправить с помощью ферментов репарации ДНК.
Эти результаты могут стать новой мишенью для разработки лекарств от рака, поскольку некоторые виды рака – особенно рак груди BRCA1 или BRCA2 – не имеют ферментов репарации ДНК, чтобы защитить себя от токсичности формальдегида. Исследователи обнаружили, что обработка выращенных в лаборатории клеток фолатом приводит к высвобождению формальдегида, и предполагают, что это может привести к летальному повреждению ДНК раковых клеток BRCA, которые не могут восстановить это повреждение. Здоровые окружающие клетки не будут повреждены, поскольку у них есть функционирующие механизмы восстановления ДНК.
Д-р Патель прокомментировал: "Один углеродный цикл уже является ключевой целью для лекарств от рака, и это исследование открывает новые захватывающие возможности использовать этот путь для исследований рака."
Двойное действие
Ученые были удивлены, обнаружив, что токсичный формальдегид также имеет положительную функцию в клетках, поскольку он, как ни парадоксально, также подпитывает одноуглеродный цикл. Формальдегид расщепляется на формиат, который в одноуглеродном цикле используется для создания строительных блоков жизни.
Доктор Патель сказал: "Удивительно, но хотя организм вырабатывает этот чрезвычайно токсичный формальдегид, он затем превращает его во что-то, что можно использовать для подпитки одноуглеродного цикла. Таким образом, что-то токсичное превращается во что-то полезное для организма, чтобы сделать определенные аминокислоты и ДНК. У фолиевой кислоты и формальдегида две стороны: положительная сторона, потому что они обеспечивают химические строительные блоки для клеток, чтобы жить и расти, и опасная сторона, потому что формальдегид может повредить ДНК."
Это открытие предполагает, что раковые клетки могут противостоять современным химиотерапевтическим препаратам, таким как метотрексат, которые блокируют попадание фолиевой кислоты в один углеродный цикл. Исследователи предполагают, что при заблокированном пути фолиевой кислоты раковые клетки могут продолжать функционировать, переключившись на использование недавно открытого пути формальдегида для создания ДНК и белков, необходимых для размножения раковых клеток.
Доктор Натан Ричардсон, руководитель отдела молекулярной и клеточной медицины MRC, сказал: "Это исследование является прекрасным примером ценности инвестиций в научные открытия, где важное понимание клеточного метаболизма открыло новые возможности для лечения таких заболеваний, как рак, и преодоления резистентности к существующим методам лечения."
Хотя исследование показывает, что повышенное поступление фолиевой кислоты приводит к большей токсичности формальдегида, оно было проведено в лабораторных клеточных культурах, содержащих большое количество фолиевой кислоты и генетически измененных, чтобы они не могли перерабатывать формальдегид. Авторы предупреждают, что не следует делать никаких выводов о том, есть ли какой-либо общий эффект у живого животного, потребляющего фолиевую кислоту.