Role of serine synthesis pathway parallel to glycolysis in C2C12 muscle cell proliferation and myotube hypertrophy potential : effect of phosphoglycerate dehydrogenase inhibition - Kolari, Kalle (2023)
Pro-gradu tutkimuksen tarkoituksena on tuoda lisätietoa glykolyysin rinnakkaisen aineenvaihduntareitin, seriinisynteesin, roolista C2C12 lihassolujen jakaantumis- hypertrofia potentiaaliin. Potentiaalin muutoksia tarkastellaan estämällä kemiallisesti seriinisynteesin toimintaa. Samalla seurataan 14C isotoopin kulkeutumista seriinisynteesireitissä muodostuneisiin biomolekyyleihin. Lisäksi tutkitaan, aiheuttaako kemialliset inhibiittorit NCT- 503 ja CBR-5884 samankaltaisia vaikutuksia. Lopuksi tarkastellaan, muuttuuko glukoosin käyttö biomolekyylien valmistamisessa. Seriini synteesi aineenvaihduntareitin on havaittu olevan merkittävä solun kasvun ja jakautumisen kannalta. Sen on havaittu olevan merkittävä lähtöaine muiden biomolekyylien esiasteiden valmistamisessa. Kirjallisuutta aineenvaihduntareitin roolista lihassolun jakautumisen ja koon kasvun näkökulmasta on vähäisesti. Täten seriini synteesi aineenvaihduntareitin tutkiminen lihassoluissa tuottaa mahdollisesti lisätietoa seriinisynteesin roolista lihassolun jakautumisen ja hypertrofia potentiaalin näkökulmasta. Ihmiskehossa on keskimäärin 40 % lihaskudosta. Lihaskudoksella on tärkeä rooli aineenvaihdunnallisessa terveydessä. Lihasmassa toimii niin aminohappo- kuin glykogeeni varastona. Lisäksi lihaskudos on yksi tärkeimmistä glukoositasapainon säätelijöistä. 1900- luvun alussa Warburg havaitsi, että jakaantuvat solut lisäävät glukoosin kulutusta myös aerobisissa olosuhteissa. Ilmiö nimettiin Warburgin efektiksi. On ehdotettu, että lisääntynyt glukoosin käyttö soluissa edistäisi solun jakautumista sekä kasvua tuottamalla aineenvaihduntatuotteita. Yksi merkittävimmistä aineenvaihduntareiteistä on seriinisynteesi, joka tuottaa aminohappo seriiniä. Seriiniä voidaan käyttää proteiinien, RNA:n sekä lipidien valmistamisen esiasteena. Seriinisynteesireitin entsyymi fosfoglyseraatti dehydrogenaasi, PHGDH, muuttaa glykolyysin välituotteen 3-fosfoglyseraatin 3-fosfohydroksipyruvaatiksi, josta se edelleen muokataan seriiniksi. PHGDH entsyymin manipulaatio voidaan suorittaa entsyymin toimintaa heikentävillä yhdisteillä kuten NCT-503:lla sekä CBR-5884:lla. Muutoksia lihassolun jakautumisen ja hypertrofian potentiaalissa PHGDHn manipulaation seurauksena tutkitaan 14C isotooppileimauskokeilla. 14C kerääntymistä makromolekyyleihin seurataan. Solukokeissa soluille annetaan leimattua glukoosia tai valiinia ja osalle soluista lisätään kemiallinen käsittely heikentäen PHGDH:n toimintaa. Tuloksia verrataan eristämällä ei-käsitellyistä ja käsitellyistä soluista biomolekyylit ja mitataan kokonaisradioaktiivisuus jokaisessa makromolekyyli näytteessä. Mitä vähemmän on kokonaisradioaktiivisuutta, sitä vähemmän leimattua glukoosia on käytetty makromolekyylien valmistamisessa. Seriini synteesi aineenvaihdunta reitin kemiallinen heikennys NCT-503 sekä CBR-5884 yhdisteellä heikensi selkeästi lihassoli jakautumis- ja hypertrofiapotentiaalia. Kemiallinen käsittely vähensi 14C hiilien kertymisen leimatusta glukoosista proteiineihin, RNA:han sekä lipideihin verrattuna ei-käsitellyistä soluista eristettyihin makromolekyyleihin. Tällöin lihassolu ei voi tehokkaasti valmistaa solun jakautumiseen vaadittavia makromolekyylejä. Valtaosa leimatusta hiilestä glukoosista päätyi proteiineihin, jolloin glukoosin rooli tulosten perusteella voi olla suuri aminohappojen valmistamisessa vahvistaen aminohappojen roolia lihassolujen jakautumisessa sekä kasvussa. Glukoosin osuus makromolekyylien valmistamisessa havaittiin vaihtelevan. Tämä voidaan havaita siinä, kuinka voimakas 14C kokonaisradioaktiivisuus vähenee makromolekyyleissä kemiallisen käsittelyn seurauksena. Suurempi väheneminen on mahdollisesti yhteydessä suurempaan glukoosin rooliin. Lisäksi inhibiittoreilla esiintyy potentiaalisesti vaikutuseroja.