Ipotesi di Warburg

Lo scienziato Otto Warburg, le cui attività di ricerca hanno portato alla formulazione dell'ipotesi di Warburg per spiegare la causa alla radice del cancro.

L'Ipotesi di Warburg, talvolta nota come teoria del cancro di Warburg, postula che ciò che conduce alla tumorigenesi sia una insufficienza respiratoria cellulare causata dall'attacco ai mitocondri.[1] Il termine effetto Warburg descrive l'osservazione che le cellule cancerose e molte cellule cresciute in-vitro mostrano la fermentazione del glucosio anche quando è presente una quantità sufficiente di ossigeno per respirare adeguatamente. In altre parole, invece di respirare completamente in presenza di ossigeno adeguato, le cellule tumorali fermentano. L'ipotesi di Warburg era che l'effetto di Warburg fosse la causa principale del cancro. L'attuale opinione popolare è che le cellule cancerose fermentino il glucosio mantenendo lo stesso livello di respirazione che era presente prima del processo di carcinogenesi, e quindi l'effetto Warburg sarebbe definito come l'osservazione che le cellule cancerose mostrano glicolisi con secrezione di lattato e respirazione mitocondriale in presenza di ossigeno.[2]

Ipotesi

L'ipotesi di Warburg fu postulata dal premio Nobel Otto Heinrich Warburg nel 1924.[3] Ipotizzò che il cancro, la crescita maligna e la crescita del tumore sono causati dal fatto che le cellule tumorali generano principalmente energia (ad es., Adenosina trifosfato / ATP) mediante la scissione non ossidativa del glucosio (un processo chiamato glicolisi). Ciò è in contrasto con le cellule "sane" che generano principalmente energia dalla disgregazione ossidativa del piruvato. Il piruvato è un prodotto finale della glicolisi ed è ossidato all'interno dei mitocondri. Quindi, secondo Warburg, il conducente delle cellule tumorali dovrebbe essere interpretato come derivante da un abbassamento della respirazione mitocondriale. Warburg riportò una differenza fondamentale tra le cellule normali e quelle cancerose come il rapporto tra la glicolisi e la respirazione; questa osservazione è anche nota come effetto Warburg.

Il cancro è causato da mutazioni e alterata espressione genica, in un processo chiamato trasformazione maligna, che determina una crescita incontrollata di cellule.[4][5] La differenza metabolica osservata da Warburg adatta le cellule tumorali alle condizioni ipossiche (carenti di ossigeno) all'interno dei tumori solidi e deriva in gran parte dalle stesse mutazioni degli oncogeni e dei geni oncosoppressori che causano le altre caratteristiche anormali delle cellule cancerose.[6] Pertanto, il cambiamento metabolico osservato da Warburg non è tanto la causa del cancro, come ha sostenuto, ma piuttosto, è uno degli effetti caratteristici delle mutazioni che causano il cancro.

Warburg articolò la sua ipotesi in un articolo intitolato The Prime Cause and Prevention of Cancer che presentò in conferenza all'incontro dei Nobel-Laureates il 30 giugno 1966 a Lindau, sul Lago di Costanza, in Germania. In questo discorso, Warburg ha presentato ulteriori prove a supporto della sua teoria secondo cui l'elevata anaerobiosi osservata nelle cellule tumorali era una conseguenza della respirazione danneggiata o insufficiente. Messo in parole sue, "la causa principale del cancro è la sostituzione della respirazione dell'ossigeno nelle cellule normali con una fermentazione di zucchero."[7]

Il corpo uccide spesso le cellule danneggiate attraverso l'apoptosi, un meccanismo di autodistruzione che coinvolge anche i mitocondri, ma questo meccanismo fallisce nelle cellule tumorali dove i mitocondri vengono chiusi. La riattivazione dei mitocondri nelle cellule tumorali fa ripartire il loro programma di apoptosi.[8]

Continua ricerca e interesse

Un gran numero di ricercatori ha dedicato e sta dedicando i propri sforzi allo studio dell'effetto Warburg che è intimamente associato all'ipotesi di Warburg. In oncologia, l'effetto di Warburg è l'osservazione che la maggior parte delle cellule cancerogene produce prevalentemente energia con un'alta percentuale di glicolisi seguita dalla fermentazione dell'acido lattico nel citosol,[9][10] piuttosto che da una percentuale relativamente bassa di glicolisi seguita dall'ossidazione di piruvato nei mitocondri come nella maggior parte delle cellule normali.[11][12][13]

In particolare, sono state pubblicate circa 18.000 pubblicazioni sulla questione dell'ATP e dell'effetto Warburg nel periodo dal 2000 al 2015. La maggior parte delle funzioni dell'effetto Warburg sono state oggetto di studio.[14] Migliaia di pubblicazioni affermano di aver determinato le sue funzioni o cause.

Note

  1. ^ Warburg Otto, On the Origin of Cancer Cells, in Science, vol. 123, n. 3191, pp. 309-314.
  2. ^ Alexei Vazquez, Jiangxia Liu e Yi Zhou, Catabolic efficiency of aerobic glycolysis: The Warburg effect revisited, in BMC Systems Biology, vol. 4, 6 maggio 2010, p. 58, DOI:10.1186/1752-0509-4-58. URL consultato il 5 dicembre 2017.
  3. ^ O. Warburg, K. Posener, E. Negelein: Ueber den Stoffwechsel der Tumoren; Biochemische Zeitschrift, Vol. 152, pp. 319-344, 1924. (DE) . Ristampato in inglese nel libro On metabolism of tumors da O. Warburg, Editore: Constable, Londra, 1930.
  4. ^ Bertram JS, The molecular biology of cancer, in Mol. Aspects Med., vol. 21, n. 6, 2000, pp. 167-223, DOI:10.1016/S0098-2997(00)00007-8, PMID 11173079.
  5. ^ Grandér D, How do mutated oncogenes and tumor suppressor genes cause cancer?, in Med. Oncol., vol. 15, n. 1, 1998, pp. 20-26, DOI:10.1007/BF02787340, PMID 9643526.
  6. ^ Hsu PP, Sabatini DM, Cancer Cell Metabolism: Warburg and Beyond, in Cell, vol. 134, n. 5, 2008, pp. 703-707, DOI:10.1016/j.cell.2008.08.021, PMID 18775299.
  7. ^ Richard A. Brand, Biographical Sketch: Otto Heinrich Warburg, PhD, MD, in Clinical Orthopaedics and Related Research, vol. 468, n. 11, 2010-11, pp. 2831-2832, DOI:10.1007/s11999-010-1533-z. URL consultato il 5 dicembre 2017.
  8. ^ Pedersen Peter L, The cancer cell's "power plants" as promising therapeutic targets: an overview, in Journal of bioenergetics and biomembranes, vol. 39, n. 1, pp. 1-12, DOI:10.1007/s10863-007-9070-5, PMID 17404823.
  9. ^ Khalid O. Alfarouk, Daniel Verduzco e Cyril Rauch, Glycolysis, tumor metabolism, cancer growth and dissemination. A new pH-based etiopathogenic perspective and therapeutic approach to an old cancer question, in Oncoscience, vol. 1, n. 12, 18 dicembre 2014, pp. 777-802. URL consultato il 5 dicembre 2017.
  10. ^ Alfarouk KO, Tumor metabolism, cancer cell transporters, and microenvironmental resistance, in Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, pp. 1-8, DOI:10.3109/14756366.2016.1140753, PMID 26864256.
  11. ^ (EN) Khalid O. Alfarouk, Abdel Khalig Muddathir e Mohammed E. A. Shayoub, Tumor Acidity as Evolutionary Spite, in Cancers, vol. 3, n. 1, 20 gennaio 2011, pp. 408-414, DOI:10.3390/cancers3010408. URL consultato il 5 dicembre 2017.
  12. ^ Gatenby RA, Gillies RJ, Why do cancers have high aerobic glycolysis?, in Nature Reviews. Cancer, vol. 4, n. 11, pp. 891-899, DOI:10.1038/nrc1478, PMID 15516961.
  13. ^ (EN) Jung-whan Kim e Chi V. Dang, Cancer's Molecular Sweet Tooth and the Warburg Effect, in Cancer Research, vol. 66, n. 18, 15 settembre 2006, pp. 8927-8930, DOI:10.1158/0008-5472.CAN-06-1501. URL consultato il 5 dicembre 2017.
  14. ^ (EN) Maria V. Liberti e Jason W. Locasale, The Warburg Effect: How Does it Benefit Cancer Cells?, in Trends in Biochemical Sciences, vol. 41, n. 3, 1º marzo 2016, pp. 211-218, DOI:10.1016/j.tibs.2015.12.001. URL consultato il 5 dicembre 2017.

Bibliografia

  • R. Thierbach, T. J. Schulz, F. Isken, A. Voigt, B. Mietzner, G. Drewes, J. C. von Kleist-Retzow, R. J. Wiesner, M. A. Magnuson, H. Puccio, A. F. Pfeiffer, P. Steinberg, M. Ristow: Targeted disruption of hepatic frataxin expression causes impaired mitochondrial function, decreased life span and tumor growth in mice. In: Hum Mol Genet. 14(24), 2005 Dec 15, S. 3857–3864. PMID 16278235
  • S. Matoba, J. G. Kang, W. D. Patino, A. Wragg, M. Boehm, O. Gavrilova, P. J. Hurley, F. Bunz, P. M. Hwang: p53 regulates mitochondrial respiration. In: Science. 312(5780), 2006 Jun 16, S. 1650–1653. PMID 16728594
  • Warburg O, On the Origin of Cancer Cells, in Science, vol. 123, n. 3191, 24 febbraio 1956, pp. 309-14, Bibcode:1956Sci...123..309W, DOI:10.1126/science.123.3191.309, PMID 13298683.
  • Ristow M, Oxidative metabolism in cancer growth, in Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care, vol. 9, n. 4, July 2006, pp. 339-45, DOI:10.1097/01.mco.0000232892.43921.98, PMID 16778561.
  • "Energy Blocker" kills Big Tumors in Rats, su hopkinskimmelcancercenter.org, Johns Hopkins Medicine, 14 ottobre 2004.
  • Gatenby RA, Gillies RJ, Why do cancers have high aerobic glycolysis? (PDF), in Nature Reviews Cancer, vol. 4, n. 11, 2004, pp. 891-9, DOI:10.1038/nrc1478, PMID 15516961 (archiviato dall'url originale il 27 settembre 2007).
  • Pelicano H, Martin DS, Xu RH, Huang P, Glycolysis inhibition for anticancer treatment, in Oncogene, vol. 25, n. 34, 2006, pp. 4633-46, DOI:10.1038/sj.onc.1209597, PMID 16892078.
  • Weinhouse S, The Warburg hypothesis fifty years later, in Journal of Cancer Research and Clinical Oncology, vol. 87, n. 2, 1976, pp. 115-26, DOI:10.1007/BF00284370, PMID 136820.
  • Garber K, Energy Boost: The Warburg Effect Returns in a New Theory of Cancer, in Journal of the National Cancer Institute, vol. 96, n. 24, 2004, pp. 1805-6, DOI:10.1093/jnci/96.24.1805, PMID 15601632.
  • Seyfried TN, Mukherjee P, Targeting energy metabolism in brain cancer: review and hypothesis, in Nutr Metab (Lond), vol. 2, n. 1, Oct 2005, p. 30, DOI:10.1186/1743-7075-2-30, PMC 1276814, PMID 16242042.
  • Pedersen PL, Warburg, me and Hexokinase 2: Multiple discoveries of key molecular events underlying one of cancers' most common phenotypes, the "Warburg Effect", i.e., elevated glycolysis in the presence of oxygen, in J Bioenerg Biomembr., vol. 39, n. 3, Jun 2007, pp. 211-22, DOI:10.1007/s10863-007-9094-x, PMID 17879147 (archiviato dall'url originale il 18 settembre 2012).
  • Glycolytic enzyme inhibitors as novel anti-cancer drugs Archiviato il 2 novembre 2010 in Internet Archive. (3-bromopyruvate (3BP) and iodoacetate (IAA)), James C.K. Lai et al., Idaho State, June 2007
  • Can a High-Fat Diet Beat Cancer? Archiviato il 20 febbraio 2009 in Internet Archive. by Richard Friebe, Time magazine, Monday, Sep. 17, 2007,
  • Moreno-Sánchez R, Rodríguez-Enríquez S, Marín-Hernández A, Saavedra E, Energy metabolism in tumor cells, in FEBS J., vol. 274, n. 6, Mar 2007, pp. 1393-418, DOI:10.1111/j.1742-4658.2007.05686.x, PMID 17302740.
  • Pedersen PL, The cancer cell's "power plants" as promising therapeutic targets: an overview, in J Bioenerg Biomembr., vol. 39, n. 1, Feb 2007, pp. 1-12, DOI:10.1007/s10863-007-9070-5, PMID 17404823.
  • Aft RL, Zhang FW, Gius D, Evaluation of 2-deoxy-D-glucose as a chemotherapeutic agent: mechanism of cell death, in Br J Cancer, vol. 87, n. 7, Sep 2002, pp. 805-12, DOI:10.1038/sj.bjc.6600547, PMC 2364258, PMID 12232767.
  • (EN) Theodore J. Lampidis, Cancer chemotherapy with 2-deoxy-D-glucose, US6670330 (2003).
  • Can Ancient Herbs Treat Cancer? Archiviato il 24 agosto 2013 in Internet Archive. Time magazine, October 15, 2007 (describes the drug trial of BZL101, a compound from the Scutellaria Barbata herb that prevents cancerous cells from undergoing glycolysis).
  • Isidoro A, Casado E, Redondo A, etal, Breast carcinomas fulfill the Warburg hypothesis and provide metabolic markers of cancer prognosis, in Carcinogenesis, vol. 26, n. 12, Dec 2005, pp. 2095-104, DOI:10.1093/carcin/bgi188, PMID 16033770.

Voci correlate

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