Metformin Enjeksiyonu

Metformin, mitokondriyal kompleks I'in ubikinon bağlanma bölgesine rekabetçi bir şekilde bağlanarak elektron transfer zincirinin (ETC) başlangıç ​​aşamasını bloke eder. Bu inhibisyon, proton gradyanının (Δ PSIm) çökmesine, ATP sentaz aktivitesinde bir azalmaya ve hücre içi ATP/AMP oranında keskin bir düşüşe yol açar. Northwestern Üniversitesi tarafından 2023 yılında yapılan bir araştırma, metformin tedavisinin tümör hücrelerindeki ATP düzeylerini %60-%70 oranında azaltabildiğini ve AMPK'nin (adenozin monofosfatla aktifleştirilen protein kinaz) hızlı aktivasyonunu tetikleyebildiğini gösterdi.

AMPK, hücresel bir enerji sensörü olarak, aktivasyon üzerine çoklu metabolik yeniden programlamayı tetikler:
Gelişmiş yağ asidi oksidasyonu: ACC'yi (asetil CoA karboksilaz) fosforile eder, yağ asidi sentezini inhibe eder ve - oksidasyonunu destekler.
Glikoz alımının düzenlenmesi: GLUT4 translokasyonu yoluyla kas ve yağ dokusu tarafından artan glikoz alımı.
Protein sentezi inhibisyonu: mTORC1'in (memeli rapamisin hedef protein kompleksi 1) fosforilasyonu, akış aşağı S6K1 ve 4EBP1 sinyalini bloke eder ve tümör hücresi proliferasyonunu inhibe eder.

Tümör hücreleri ATP üretmek için aerobik glikolize (Warburg etkisi) dayanır, ancak metforminin neden olduğu metabolik değişim, enerji tedariklerini önemli ölçüde zayıflatır:
Glikoliz inhibisyonu: AMPK aktivasyonu, fruktoz-2,6-difosfat (F2,6BP) üretimini azaltır ve PFKFB3'ü (6-fosfofruktoz-2-kinaz/fruktoz-2,6-difosfataz 3) inhibe ederek glikoliz oranını düşürür.
Oksidatif fosforilasyon blokajı: Kompleks I inhibisyonu, mitokondriyal solunum zincirini doğrudan bozarak hücreleri verimsiz bir glikolitik yola geçmeye zorlar, ancak ATP üretimi orijinal seviyenin %10'undan azdır.

Azaltılmış laktat birikimi: Glikoliz inhibisyonu, laktat üretimini azaltır, tümör mikro ortamının asitlenmesini iyileştirir ve radyasyonun DNA üzerindeki hasar etkisini artırır.
Klinik kanıt: SW480 kolorektal kanser hücrelerinde metformin ve radyoterapi kombinasyonu, anahtar glikolitik enzim HK2'nin (hekzokinaz 2) ekspresyonunda %40'lık bir azalmaya, hücre içi ATP seviyelerinde %55'lik bir azalmaya ve koloni oluşturma yeteneğinde %70'lik bir azalmaya neden oldu.

İyonlaştırıcı radyasyon, doğrudan iyonizasyon ve dolaylı hidroliz yoluyla serbest radikaller üretir ve bu, DNA çift iplik kopmalarına (DSB'ler), tek iplik kopmalarına (SSB'ler) ve baz hasarına yol açar. Tümör hücreleri hasara yanıt vermek için iki ana onarım sistemine dayanır:
Homolog rekombinasyon onarımı (HR): DSB'yi hassas bir şekilde onarmak için çekirdek olarak BRCA1/2'yi ve şablon olarak kardeş kromatidleri kullanır.
Homolog olmayan terminal bağlantısı (NHEJ): Kırık uçları Ku70/Ku80 ve DNA PKc'ler gibi proteinler aracılığıyla hızlı bir şekilde bağlamak, kolayca hatalara neden olabilir.

HR onarım proteinlerinin ekspresyonunun doğrudan inhibe edilmesi, metforminin AMPK/mTOR yolu yoluyla anahtar HR proteinlerinin ekspresyonunu aşağı regüle etmesiyle sağlanır.
Rad51 inhibisyonu: Pankreas kanseri hücrelerinde metformin, Rad51 protein seviyesini %60 oranında azaltır, bu da HR onarım verimliliğinde %50'lik bir azalmaya neden olur.
BRCA1/2 her yerde bulunma bozulması: Metformin, E3 ligaz MDM2'yi aktive ederek BRCA1/2'nin proteazomal bozulmasını teşvik eder ve HR onarım yeteneğini zayıflatır.

Metformin enjeksiyonuOksidatif stres yoluyla NHEJ onarımına müdahale eder:
DNA PKc'lerin fosforilasyon inhibisyonu: ROS (reaktif oksijen türleri) birikimi, DNA PKc'lerde (DNA'ya bağımlı protein kinaz katalitik alt birimi) serin 2609'un fosforilasyonuna yol açarak onarım faktörlerini toplayamamasına neden olur.
Ku70/Ku80 ayrışması: Yüksek ROS konsantrasyonları, Ku70'in Cys58 ve Cys155'ini oksitleyerek bunların DNA uçlarına bağlanma yeteneklerini bozar.
Hayvan deneyleri: Çıplak bir fare nakli tümör modelinde, metformin ve radyoterapi kombinasyonu, - H2AX (DSB işaretleyici) odaklarının süresini üç kat uzattı ve onarım sinyal yolu proteinlerinin (p-ATM, p-ATR) ifadesini %70 azalttı.

Metformin enjeksiyonumitokondriyal kompleks I inhibisyonu ve metabolik yeniden programlamanın ikili yolu yoluyla ROS seviyelerini arttırır:
Kompleks I'in inhibisyonu: Elektron transferinin engellenmesi, O ₂ ile reaksiyona girerek süperoksit anyonları (O ₂⁻⁻) üreten elektron sızıntısına yol açar ve bunlar daha sonra SOD (süperoksit dismutaz) tarafından H ₂ O ₂'ye dönüştürülür.
Gelişmiş yağ asidi oksidasyonu: - oksidasyonu tarafından üretilen asetil CoA, TCA döngüsüne girerek NADH üretimini teşvik eder ve kompleks I inhibisyonunu daha da şiddetlendirir.
Glutatyon (GSH) tükenmesi: Metformin, GCL'yi (glutamat sistein ligaz) ve GS'yi (glutatyon sentaz) inhibe ederek GSH seviyelerinde %50'lik bir azalmaya ve hücresel antioksidan kapasitenin zayıflamasına neden olur.

Doğrudan DNA hasarı, H₂ O₂'nin Fenton reaksiyonundan kaynaklanır ve DNA şeker fosfat omurgasına ve bazlarına doğrudan saldırarak SSB'ye ve baz oksidasyon hasarına yol açan hidroksil radikallerini (·OH) oluşturur. Radyasyonun her bir Gy'si yaklaşık 10 ⁵ · OH üretebilir ve metformin ön tedavisi, üretilen OH miktarını 2 kat artırır.

ROS, redoksa duyarlı sinyal molekülleri aracılığıyla radyo-duyarlılığı düzenler:
ASK1/JNK/c-Jun yolu aktivasyonu: ROS, ASK1'in Cys250'sini (apoptotik sinyalle düzenlenen kinaz 1) oksitler, kendi kendini engellemeyi serbest bırakır, JNK'yi (c-Jun N-terminal kinaz) ve c-Jun'u aktive ederek hücre apoptozunu teşvik eder.

NF - κ B inhibisyonu: ROS, I κ B alfanın (nükleer faktör kappa B inhibitör protein alfa) Cys179'unu oksitler, bunun bozulmasını teşvik eder ve çekirdeğe NF - κ B'yi serbest bırakır. Ancak metformin, AMPK yoluyla IKK (I κ B kinaz) aktivitesini inhibe eder, NF - κ B nükleer translokasyonunu bloke eder ve Bcl-2 ve XIAP gibi anti apoptotik proteinlerin ekspresyonunu azaltır.
Hayvan deneyi: Osteosarkom U2OS hücre transplantasyonu tümör modelinde radyoterapiyle birlikte metformin, tümördeki ROS düzeylerini üç kat artırdı ve hücre apoptoz oranını %50 artırdı.