Cellular Metabolism

세포의 상태를 이해하는 데는 해당과정, TCA 회로, 전자전달계와 같은 intracellular metabolic systems의 분석이 중요합니다. 이러한 세포 내 대사 체계의 상태는 그들의 활동을 나타내는 지표인 glucose, lactate, NAD(P)/NAD(P)H, glutamine, glutamate와 같은 대사물질을 측정함으로써 평가할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 암과 당뇨병과 같은 질병 모델에서 intracellular metabolism이 주목 받고 있습니다.

예를 들어, 암세포는 세포 성장에 필요한 protein, nucleic acids, ATP와 같은 에너지가 풍부한 화합물을 생성하기 위해 빠르게 영양분을 섭취하고 대사합니다. 또한 암세포는 저산소증과 영양실조와 같은 악조건에서 생존할 수 있습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 암세포 대사 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

암세포는 Warburg effect로 알려진 현상에서 미토콘드리아 산화적 인산화 대신 덜 효율적인 해당과정을 사용하여 ATP를 생성합니다. 따라서 암세포는 다량의 sugar을 섭취하여 해당과정을 통해 lactate 생성을 증가시킵니다. 또한 암세포의 미토콘드리아는 amino acids과 lipids을 사용하여 NADH를 생성하며, 미토콘드리아의 NADH는 ATP 생성 외에도 주로 산화 환원 조절에 사용된다고 생각됩니다. 암세포의 미토콘드리아는 정상 세포와 다른 특성을 가지고 있어 암세포의 미토콘드리아 막 전위(과분극) 증가와 reactive oxygen species (ROS)의 과잉 생산으로 이어집니다. 암세포는 세포 내 산화 환원 균형을 유지하기 위해 ROS를 제거하는 glutathione (GSH)을 생성합니다. 그 결과, 암세포는 glutathione 생성에 필수적인 glutamine과 cysteine을 정상 세포보다 더 많이 섭취합니다. 또한 GSH 수치를 유지하기 위해서는 NADPH가 필요합니다. 암세포는 미토콘드리아와 pentose phosphate pathways 에서 NADPH를 생성하여 높은 NADPH 수치를 유지합니다.

암세포는 주로 해당과정을 통해 ATP를 생성하기 때문에, 해당과정을 표적으로 하는 많은 항암제가 개발되었습니다. 아직 효과적인 항암제가 개발되지는 않았지만, 해당과정은 여전히 항암제 개발의 주요 표적이 되고 있습니다. 암세포는 포도당 수송체를 통해 다량의 포도당을 섭취하기 때문에, 포도당 수송체의 직접적인 억제는 해당과정을 억제할 수 있습니다. 따라서 glucose transporters(GLUTs)는 항암제 개발의 표적 단백질이 되었습니다. 해당과정의 효소(hexokinase: HK, lactate dehydrogenase: LDH 등)의 억제, 포도당 결핍, 해당과정의 최종 생성물인 inhibition extracellular efflux of lactate 또한 항암제 개발에 효과적입니다.

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