Tumor M2-PK – kluczowy enzym biorący udział w procesie metabolizmu komórek rakowych, dimeryczna forma izoenzymu kinazy pirogronianowej. Testy analityczne na jego obecność w kale i osoczu umożliwiają wykrycie raka jelita grubego oraz są stosowane w diagnostyce uzupełniającej innych typów nowotworu.
Tumor M2-PK nie jest markerem nowotworowym swoistym dla określonego organu. Ilość Tumor M2-PK w stolcu oraz próbkach osocza odzwierciedla określony status metaboliczny guza. Oznaczenie M2-PK wykonywane jest za pomocą metody immunoenzymatycznej (Sandwich – ELISA), opartej na dwóch przeciwciałach monoklonalnych, swoiście wykrywających dimerową formę kinazy pirogronianowej (M2-PK). Metoda umożliwia ilościową detekcję izoenzymu M2-PK w kale i osoczu.
Badanie przesiewowe z wykorzystaniem M2-PK w kierunku wczesnego wykrywania polipów i raka jelita grubego
Wstępne badania kliniczne przeprowadzone w Niemczech, Wielkiej Brytanii oraz Irlandii, analizujące możliwość wykorzystania testu Tumor M2-PK jako biomarkera we wczesnym wykrywaniu raka jelita grubego wykazały, że czułość testu oscyluje w granicach 73% (opublikowane badania) a 97% (niepublikowana sesja plakatowa). Dla polipów o średnicy większej niż 1 cm czułość wyniosła 60%; dla polipów mniejszych niż 1 cm – 25%. Ogólna czułość dla polipów wyniosła 40%.
Większość osób jest bardziej skłonna zaakceptować nieinwazyjne metody badań diagnostycznych. Co za tym idzie, oznaczenie Tumor M2-PK w próbkach kału, uzupełnione o kolonoskopię, wyjaśniającą przyczynę wyniku pozytywnego mogą stanowić zaawansowaną metodę wczesnego wykrywania raka jelita grubego. Konieczne są jednak dalsze badania, zanim możliwe będzie uznanie testu jako procedury przesiewowej.
Pomiary Tumor M2-PK w badaniach nad nowotworami
Prace licznych międzynarodowych grup badawczych wykazały silnie zwiększoną ilość Tumor M2-PK w osoczu pacjentów z guzami nerek, płuc, piersi, szyjki macicy, nowotworów przewodu pokarmowego (przełyku, żołądka, trzustki, jelita grubego, odbytnicy) i czerniakiem, skorelowaną ze stadium rozwoju nowotworu.
Połączenie Tumor M2-PK z określonym "tradycyjnym" markerem nowotworowym, takim jak CEA w przypadku raka jelita, CA 19-9 dla raka trzustki czy CA 72-4 dla raka żołądka, znacznie zwiększa czułość detekcji różnych typów raka.
Test Tumor M2-PK ma istotne zastosowanie w monitorowaniu terapii nowotworowej, określaniu prawidłowości lub błędu leczenia, stanowiąc wskaźnik skuteczności leczenia.
Obniżenie ilości Tumor M2-PK w czasie trwania leczenia i jego niski poziom po jej ukończeniu wskazują na sukces leczenia. Zwiększona ilość odwrotnie – wskazuje na przerzuty lub nawrót choroby, albo oba jednocześnie.
Podwyższone wielkości Tumor M2-PK mogą być również wynikiem ostrych stanów zapalnych, które należy wykluczyć podczas diagnostyki różnicowej.
Naukowe podstawy roli Tumor M2-PK w metabolizmie nowotworu
Kinaza pirogronianowa katalizuje ostatni etap glikolizy, defosforylację fosfoenolopirogronianu do pirogronianu i jest odpowiedzialna za produkcję energii na ścieżce glikolitycznej.
W zależności od funkcji metabolicznych pełnionych przez tkanki, wydzielane są różne izoformy kinazy pirogronianowej.
M2-PK (PKM2) jest izoenzymem charakterystycznym dla wszystkich komórek proliferujących (w tym m.in. fibroblastów, komórek zarodkowych, dorosłych komórek macierzystych) oraz komórek nowotworowych. W trakcie procesu nowotworzenia, każdorazowo zanikają izoenzymy tkankowo specyficzne, takie jak L-PK w wątrobie lub M1-PK w mózgu, a pojawia się forma M2-PK.
Rola tetramerycznych i dimerycznych form M2-PK w metabolizmie nowotworu
M2-PK może wystąpić w dwóch odmiennych formach w komórkach proliferujących:
- Formie tetramerycznej, składającej się z czterech podjednostek
- Formie dimerycznej, składającej się z dwóch podjednostek.
Forma tetrameryczna M2-PK odznacza się dużym powinowactwem do substratu, fosfoeneolopirogronianiu (PEP) i jest wysoce aktywna przy fizjologicznym stężeniu PEP. Ponadto forma ta jest związana z kilkoma innymi enzymami glikolitycznymi stanowiąc tzw. enzymatyczny kompleks glikolityczny. Ze względu na bliskość enzymów, związanie w kompleks prowadzi do wysoce efektywnej konwersji glukozy do mleczanu. Gdy M2-PK występuje w wysoce aktywnej formie tetramerycznej, co jest regułą dla większości normalnie namnażających się komórek, glukoza jest przetwarzana głównie do mleczanu w celu produkcji energii.
Dimeryczną formę M2-PK cechuje niskie powinowactwo do fosfoeneolopirogronianu (PEP). Jest ona prawie nieaktywna w fizjologicznych stężeniach PEP. Gdy M2-PK występuje głównie w mało aktywnej formie dimerycznej (co ma miejsce w przypadku komórek nowotworowych), fosfometabolity gromadzą się i są kierowane w procesy syntezy, ulegając przekształceniu w półprodukty glikolityczne takie jak: kwas nukleinowy, fosfolipidy i syntezy aminokwasu.
Kwas nukleinowy, fosfolipidy i aminokwasy są ważnymi elementami budulcowymi, niezbędnymi dla komórek proliferującym, takich jak komórki nowotworowe.
Z racji kluczowej roli kinazy pirograniowej w procesie glikolizy, stosunek tetrameru do dimeru M2-PK określa, czy glukoza przetwarzana jest do pirogronianu i mleczanu w procesie wytwarzania energii (forma tetrameru) czy też kierowana w procesy syntezy (forma dimeru).
W komórkach nowotworowych M2-PK występuje głównie w formie dimerycznej. Z tego powodu dimeryczna forma M2-PK została nazwana Tumor M2-PK. Dimeryzacja M2-PK w komórkach nowotworowych wywoływana jest w wyniku bezpośrednich interakcji M2-PK z określonymi onkoproteinami.
Stosunek tetrametru do dimeru nie ma wartości stałej.
Brak tlenu lub wysoka akumulacja półproduktów glikolitycznych, takich jak fruktozo-1,6-difosforanu lub seryny, indukują powtórne przekształcenie formy dimerycznej M2-PK do formy tetramerycznej. W konsekwencji, w wyniku aktywacji M2-PK, glukoza jest przekształcana do pirogronianu i mleczanu w procesach energetycznych aż do momentu, gdy poziom fruktozy 1,6-P2 spadnie poniżej wartości progowej, pozwalającej na dysocjację formy tetramerycznej M2-PK do dimerycznej postaci. Następnie cykl rozpoczyna się ponownie, gdy poziom fruktozy 1,6-P2 osiąga określoną górną wartość progową, wywołującą tetrameryzację M2-PK.
Gdy M2-PK występuje głównie w mało aktywnej formie dimerycznej, energia jest produkowana poprzez degradację glutaminy do asparaginianu, pirogronianu i mleczanu, co jest określone terminem glutaminolizy (rozkład glutaminy).
W komórkach nowotworowych podwyższony poziom produkcji mleczanu w obecności tlenu nazywa się efektem Warburga.
Zobacz też
Bibliografia
- Hardt PD., Mazurek S., Toepler M., Schlierbach P., Bretzel RG., Eigenbrodt E., Kloer HU. Faecal tumour M2 pyruvate kinase: a new, sensitive screening tool for colorectal cancer.. „British journal of cancer”. 5 (91), s. 980–4, sierpień 2004. DOI: 10.1038/sj.bjc.6602033. PMID: 15266315.
- Cerwenka H., Aigner R., Bacher H., Werkgartner G., el-Shabrawi A., Quehenberger F., Mischinger HJ. TUM2-PK (pyruvate kinase type tumor M2), CA19-9 and CEA in patients with benign, malignant and metastasizing pancreatic lesions.. „Anticancer research”. 1B (19). s. 849–51. PMID: 10216504.
- Kaura B., Bagga R., Patel FD. Evaluation of the Pyruvate Kinase isoenzyme tumor (Tu M2-PK) as a tumor marker for cervical carcinoma.. „The journal of obstetrics and gynaecology research”. 3 (30), s. 193–6, czerwiec 2004. DOI: 10.1111/j.1447-0756.2004.00187.x. PMID: 15210041.
- Kim CW., Kim JI., Park SH., Han JY., Kim JK., Chung KW., Sun HS. [Usefulness of plasma tumor M2-pyruvate kinase in the diagnosis of gastrointestinal cancer]. „The Korean journal of gastroenterology = Taehan Sohwagi Hakhoe chi”. 5 (42), s. 387–93, listopad 2003. PMID: 14646575.
- Lüftner D., Mesterharm J., Akrivakis C., Geppert R., Petrides PE., Wernecke KD., Possinger K. Tumor type M2 pyruvate kinase expression in advanced breast cancer.. „Anticancer research”. 6D (20), s. 5077–82, listopad 2003. PMID: 11326672.
- Oremek GM., Teigelkamp S., Kramer W., Eigenbrodt E., Usadel KH. The pyruvate kinase isoenzyme tumor M2 (Tu M2-PK) as a tumor marker for renal carcinoma.. „Anticancer research”. 4A (19), s. 2599–601, listopad 2003. PMID: 10470201.
- Schneider J., Morr H., Velcovsky HG., Weisse G., Eigenbrodt E. Quantitative detection of tumor M2-pyruvate kinase in plasma of patients with lung cancer in comparison to other lung diseases.. „Cancer detection and prevention”. 6 (24), s. 531–5, 2000. PMID: 11198266.
- Schneider J., Schulze G. Comparison of tumor M2-pyruvate kinase (tumor M2-PK), carcinoembryonic antigen (CEA), carbohydrate antigens CA 19-9 and CA 72-4 in the diagnosis of gastrointestinal cancer.. „Anticancer research”. 6D (23), s. 5089–93, 2000. PMID: 14981971.
- Ugurel S., Bell N., Sucker A., Zimpfer A., Rittgen W., Schadendorf D. Tumor type M2 pyruvate kinase (TuM2-PK) as a novel plasma tumor marker in melanoma.. „International journal of cancer. Journal international du cancer”. 5 (117), s. 825–30, grudzień 2005. DOI: 10.1002/ijc.21073. PMID: 15957165.
- Ventrucci M., Cipolla A., Racchini C., Casadei R., Simoni P., Gullo L. Tumor M2-pyruvate kinase, a new metabolic marker for pancreatic cancer.. „Digestive diseases and sciences”. 7-8 (49), s. 1149–55, sierpień 2004. PMID: 15387337.
- Wechsel HW., Petri E., Bichler KH., Feil G. Marker for renal cell carcinoma (RCC): the dimeric form of pyruvate kinase type M2 (Tu M2-PK).. „Anticancer research”. 4A (19), s. 2583–90, sierpień 2004. PMID: 10470199.
- Zhang B., Chen JY., Chen DD., Wang GB., Shen P. Tumor type M2 pyruvate kinase expression in gastric cancer, colorectal cancer and controls.. „World journal of gastroenterology : WJG”. 11 (10), s. 1643–6, czerwiec 2004. PMID: 15162541.
- Mazurek S., Boschek CB., Hugo F., Eigenbrodt E. Pyruvate kinase type M2 and its role in tumor growth and spreading.. „Seminars in cancer biology”. 4 (15), s. 300–8, sierpień 2005. DOI: 10.1016/j.semcancer.2005.04.009. PMID: 15908230.
