【細胞奧妙】被綁架的粒線體

粒線體分裂的模型。圖片來源:Nature
粒線體分裂的模型。圖片來源:Nature

撰文|葉綠舒

我們總是把細胞中的粒線體想像成一顆顆獨立的胞器,但是科學家們在多年前便已知道,同一細胞中的粒線體們,彼此之間是有聯繫的。在細胞中,粒線體經由膜的連結,構成一個網狀的構造;這樣的構造被稱為「粒線體網絡」(mitochondrial network)。有意思的是,科學家們發現,在許多種類的癌症細胞中,粒線體網絡不見了。取而代之的是個別的粒線體;這樣的現象稱為「粒線體破碎化」(mitochondrial fragmentation)。粒線體破碎化影響到它本身的功能,造成癌細胞更加依賴醣解作用(glycolysis),而這樣的癌細胞也被發現是更加惡性的。

粒線體破碎化是怎麼發生的呢?過去的研究發現,在某些癌細胞中的粒線體會加速分裂,導致粒線體破碎化。當癌細胞的粒線體分裂被抑制以後,癌細胞分裂的速度也隨之降低,同時細胞凋亡的速度也上升了。

可是,究竟是什麼導致粒線體加速分裂?讓我們先來看一下上面這個圖:原來粒線體分裂需要Drp1蛋白先被召喚到粒線體膜上,接下來的磷酸化使Drp1組成一個環狀構造,然後環狀構造收縮...粒線體便一分為二了!過去的研究發現,RalGEF-Ral途徑可以經由召喚以及磷酸化(phosphorylation)Drp1蛋白,使粒線體加速分裂。

由於RalGEF-Ral途徑位於Ras蛋白下游,這個發現使得科學家們懷疑,是否這就是癌化的Ras蛋白(oncogenic Ras)之所以以能夠讓癌細胞惡性化的手段之一呢?

最近,維吉尼亞大學(University of Virginia)的研究團隊發現,原來癌化Ras蛋白真的可以影響粒線體分裂,使得粒線體破碎化;而癌化Ras蛋白就是透過RalGEF-Ral途徑來指揮Drp1的磷酸化。也就是說,當Ras蛋白癌化後,它經由指揮一系列的蛋白質,最後讓Drp1活性上昇(磷酸化);接著粒線體因為加速分裂而失去耗氧代謝方面的功能,產生癌細胞喜愛的環境...於是,癌細胞開始恣意生長,而不幸的病人就糟糕極了!

不過,在所有的癌症裡,Ras蛋白癌化的發生是否是一種非常普遍的現象呢?雖然Ras蛋白癌化在所有的癌症中發生率只有30%;但是在胰臟癌(pancreatic ductal adenocarcinoma)中,Ras蛋白癌化的發生率卻有90%!研究團隊發現,雖然要經由處理癌化的Ras蛋白來治療癌症很困難,但卻可以從Drp1蛋白下手。在大鼠實驗中,研究團隊若將Drp1的表現量降低,便可以使腫瘤的體積與重量都減少;因此,這個發現或許為胰臟癌的治療提供了一線生機,畢竟胰臟癌到目前為止,仍然是五年存活率相對極低的癌症呢!

參考文獻:
1. 2015/4/6. Common cancers highjack powerhouses of cells. Science Daily.
2. Jennifer A. Kashatus et al. 2015. Erk2 Phosphorylation of Drp1 Promotes Mitochondrial Fission and MAPK-Driven Tumor Growth. Molecular Cell,57:537-551.

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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