Dosaggi per il rilevamento dei metaboliti

Il glucosio è un metabolita fondamentale per la maggior parte delle cellule.  Nello stato di riposo, il glucosio viene metabolizzato in piruvato attraverso la glicolisi e poi attraverso il ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA). Alla fine ogni carbonio viene metabolizzato in_CO2. Lungo il percorso, l'ATP viene generato attraverso la fosforilazione a livello del substrato nella glicolisi e in modo più efficiente nel ciclo TCA attraverso la fosforilazione ossidativa.

Una volta ricevuti i segnali di crescita, la cellula aumenta l'assorbimento di glucosio e lo metabolizza attraverso la glicolisi. Alcuni intermedi glicolitici vengono dirottati verso vie biosintetiche per creare materie prime per la sintesi di una nuova cellula. La produzione di ATP a base di glucosio avviene principalmente attraverso la fosforilazione del substrato con secrezione di lattato piuttosto che attraverso l'ingresso nel ciclo TCA. Le cellule in crescita aumentano l'assorbimento di glutammina per alimentare gli intermedi nel ciclo TCA e mantenere la produzione di ATP.

Tutte le cellule utilizzano il glucosio per generare ATP, ma le cellule normali e quelle tumorali differiscono nel modo in cui il glucosio viene convertito in ATP. La glicolisi ossidativa, descritta per la prima volta dal premio Nobel Otto Warburg negli anni '30, è un importante passaggio metabolico nelle cellule proliferanti come quelle tumorali.  La glicolisi aerobica è caratterizzata da un marcato aumento dell'assorbimento di glucosio e dalla secrezione di lattato con il consumo di ossigeno.  Questo effetto Warburg è un segno distintivo delle cellule tumorali, che assorbono il glucosio a una velocità molto superiore rispetto alle cellule normali. Un aumento della glicolisi è anche un indicatore chiave dell'attivazione delle cellule immunitarie, che devono espandersi rapidamente per difendersi da un invasore. Per misurare la glicolisi, è possibile monitorare il consumo di glucosio (una diminuzione del glucosio nel mezzo di coltura cellulare) e la secrezione di lattato (un aumento del lattato nel mezzo di coltura cellulare) con test per rilevare i livelli di lattato e glucosio.

Nelle cellule sottoposte a glicolisi aerobica si osserva spesso un aumento dell'assorbimento di glutammina. La glutammina fornisce intermedi, in particolare α-chetoglutarato, al ciclo degli acidi tricarbossilici. La glutammina può essere convertita in altri aminoacidi, in particolare in glutammato, per la sintesi proteica. Sia la glutammina che il glutammato possono lavorare con gli antiporter per portare gli aminoacidi essenziali nella cellula. Il glutammato è anche un precursore chiave del glutatione per il controllo delle specie reattive dell'ossigeno (ROS). Il monitoraggio del consumo di glutammina e della secrezione di glutammato, misurando i livelli dei metaboliti, può aiutare a comprendere i cambiamenti nella glutaminolisi.

Oltre alle alterazioni del metabolismo delle cellule tumorali o immunitarie, i saggi di rilevamento dei metaboliti possono essere utilizzati per esaminare le alterazioni nei modelli di disordine metabolico. È possibile misurare il tasso di assorbimento del glucosio in risposta all'insulina o ad altri trattamenti. L'insulina stimola la traslocazione dei trasportatori di glucosio, tra cui GLUT4, negli adipociti e nei miociti, aumentando la velocità di assorbimento del glucosio. La versione bioluminescente del test di assorbimento del glucosio supera i problemi di sicurezza e le limitazioni del test radioattivo convenzionale.