Metformiini-injektio

Metformiini sitoutuu kilpailevasti mitokondriokompleksin I ubikinonin sitoutumiskohtaan ja estää elektroninsiirtoketjun (ETC) alkuvaiheen. Tämä esto johtaa protonigradientin (A PSI m) romahtamiseen, ATP-syntaasiaktiivisuuden vähenemiseen ja solunsisäisen ATP/AMP-suhteen jyrkäseen laskuun. Northwestern Universityn vuonna 2023 tekemä tutkimus osoitti, että metformiinihoito voi alentaa ATP-tasoja kasvainsoluissa 60–70 %, mikä laukaisee AMPK:n (adenosiinimonofosfaattiaktivoidun proteiinikinaasin) nopean aktivoitumisen.

AMPK solun energiasensorina laukaisee useita aineenvaihdunnan uudelleenohjelmointia aktivoinnin yhteydessä:
Tehostettu rasvahappohapetus: fosforyloi ACC:tä (asetyyli-CoA-karboksylaasia), estää rasvahapposynteesiä ja edistää --hapetusta.
Glukoosin oton säätely: Lisääntynyt glukoosin otto lihas- ja rasvakudoksessa GLUT4-translokaatiolla.
Proteiinisynteesin esto: mTORC1:n (nisäkkään rapamysiinikohdeproteiinikompleksi 1) fosforylaatio, alavirran S6K1- ja 4EBP1-signaloinnin estäminen ja kasvainsolujen lisääntymisen estäminen.

Kasvainsolut luottavat aerobiseen glykolyysiin (Warburg-ilmiö) ATP:n tuottamiseksi, mutta metformiinin aiheuttama metabolinen vaihto heikentää merkittävästi niiden energian saantia:
Glykolyysin esto: AMPK-aktivaatio vähentää fruktoosi-2,6-difosfaatin (F2,6BP) tuotantoa ja alentaa glykolyysin nopeutta estämällä PFKFB3:a (6-fosfofruktoosi-2-kinaasi/fruktoosi-2,6-difosfataasi 3).
Oksidatiivinen fosforylaation esto: Kompleksi I:n esto häiritsee suoraan mitokondrioiden hengitysketjua ja pakottaa solut vaihtamaan tehottoman glykolyyttisen reitin, mutta ATP:n tuotanto on alle 10 % alkuperäisestä tasosta.

Vähentynyt laktaatin kertyminen: Glykolyysin esto vähentää laktaatin tuotantoa, parantaa kasvaimen mikroympäristön happamoitumista ja tehostaa säteilyn DNA-vaurioita.
Kliiniset todisteet: SW480 paksusuolen syöpäsoluissa metformiinin ja sädehoidon yhdistelmä johti 40 %:n laskuun tärkeimmän glykolyyttisen entsyymin HK2:n (heksokinaasi 2) ilmentymisessä, 55 %:n laskuun solunsisäisissä ATP-tasoissa ja 70 %:lla laskuun pesäkkeiden muodostumiskyvyssä.

Ionisoiva säteily synnyttää vapaita radikaaleja suoran ionisaation ja epäsuoran hydrolyysin kautta, mikä johtaa DNA:n kaksoisjuoste katkeamiseen (DSB), yksijuosteisen katkeamiseen (SSB) ja emäsvaurioihin. Kasvainsolut luottavat kahteen suureen korjausjärjestelmään reagoidakseen vaurioihin:
Homologinen rekombinaatiokorjaus (HR): Se käyttää BRCA1/2:ta ytimenä ja sisarkromatideja mallina DSB:n tarkkaan korjaamiseen.
Ei-homologinen pääteliitos (NHEJ): Katkenneiden päiden nopea yhdistäminen proteiinien, kuten Ku70/Ku80 ja DNA PKcs:n, kautta voi aiheuttaa helposti virheitä.

HR-korjausproteiinien ilmentymisen suora estäminen saavutetaan metformiinilla säätelemällä keskeisten HR-proteiinien ekspressiota AMPK/mTOR-reitin kautta.
Rad51:n esto: Haimasyöpäsoluissa metformiini alentaa Rad51-proteiinitasoa 60 %, mikä johtaa 50 %:n laskuun HR-korjaustehokkuudessa.
BRCA1/2:n ubikvitinaation hajoaminen: Metformiini aktivoi E3-ligaasi MDM2:ta edistäen BRCA1/2:n proteasomaalista hajoamista ja heikentäen HR-korjauskykyä.

Metformiinin injektiohäiritsee NHEJ:n korjausta oksidatiivisen stressin kautta:
DNA:n PKcs:n fosforylaation esto: ROS:n (reaktiivisten happilajien) kerääntyminen johtaa seriini 2609:n defosforylaatioon DNA:n PKcs:ssä (DNA-riippuvainen proteiinikinaasin katalyyttinen alayksikkö), jolloin se ei pysty keräämään korjaustekijöitä.
Ku70/Ku80-dissosiaatio: Suuret ROS-pitoisuudet hapettavat Ku70:n Cys58:aa ja Cys155:tä, mikä häiritsee niiden sitoutumiskykyä DNA-päihin.
Eläinkokeet: Nude hiiren siirtokasvainmallissa metformiinin ja sädehoidon yhdistelmä pidensi - H2AX (DSB-markkeri) -pesäkkeiden kestoa kolme kertaa ja vähensi korjaussignaalireitin proteiinien (p-ATM, p-ATR) ilmentymistä 70 %.

Metformiinin injektiolisää ROS-tasoja mitokondrioiden kompleksi I:n eston ja metabolisen uudelleenohjelmoinnin kautta:
Kompleksi I:n estäminen: Elektronien siirron estäminen johtaa elektronivuotoon, joka reagoi O2:n kanssa muodostaen superoksidianioneja (02-⁻), jotka sitten muunnetaan H202:ksi SOD:lla (superoksididismutaasi).
Tehostettu rasvahappohapetus: --hapetuksella tuotettu asetyyli-CoA siirtyy TCA-kiertoon edistäen NADH:n tuotantoa ja pahentaen entisestään kompleksi I:n estoa.
Glutationin (GSH) ehtyminen: Metformiini estää GCL:ää (glutamaattikysteiiniligaasi) ja GS:ää (glutationisyntaasi), mikä aiheuttaa 50 % laskun GSH-tasoissa ja heikentää solujen antioksidanttikapasiteettia.

Suora DNA-vaurio aiheutuu H 2 O 2:n Fentonin reaktiosta, joka tuottaa hydroksyyliradikaaleja (· OH), jotka hyökkäävät suoraan DNA:n sokerifosfaattirunkoon ja emäksiin, mikä johtaa SSB:n ja emäksen hapettumisvaurioihin. Jokainen säteilyn Gy voi tuottaa noin 10 ⁵ · OH:ta, ja metformiiniesikäsittely lisää syntyvän · OH:n määrää 2-kertaiseksi.

ROS säätelee säteilyherkkyyttä redox-herkkien signalointimolekyylien kautta:
ASK1/JNK/c-Jun-reitin aktivaatio: ROS hapettaa ASK1:n (apoptoottisen signaalin säätelemän kinaasi 1:n) Cys250:n, vapauttaen sen eston, aktivoi JNK:n (c-Jun N-terminaalinen kinaasi) ja c-Jun., edistää solujen apoptoosia

NF - κ B:n esto: ROS hapettaa I κ B alfan Cys179:ää (ydintekijä kappa B:tä estävä proteiini alfa), edistää sen hajoamista ja vapauttaa NF - κ B ytimeen. Metformiini kuitenkin estää IKK:n (I κ B kinaasi) aktiivisuutta AMPK:n kautta, estää NF - κ B tuman translokaatiota ja vähentää antiapoptoottisten proteiinien, kuten Bcl-2:n ja XIAP:n, ilmentymistä.
Eläinkoke: Osteosarkooman U2OS-solusiirtokasvainmallissa metformiini yhdistettynä sädehoitoon lisäsi ROS-tasoja kasvaimessa kolme kertaa ja lisäsi solujen apoptoosin määrää 50 %.