Not to be picky: pepck-m ensures metabolic flexibility in cancer cells and neuronal progenitors
- Autores: Petra Hyroššová
- Directores de la Tesis: José Carlos Perales Losa (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Vinyals Canals (presid.), Enrique Claro Izaguirre (secret.), John J Jones (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina e Investigación Traslacional por la Universidad de Barcelona
- Materias:
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- Resumen
La fosfoenolpiruvato carboxicinasa mitocondrial (PEPCK-M; PCK2) se regula transcripcionalmente por limitación de aminoácidos y por ER-estrés (estrés del retículo endoplásmico), de una manera dependiente de ATF4, aumentando así la supervivencia de la célula. La presencia selectiva de esta isozima en todos los tipos de cáncer examinado y en células neuroprogenitoras tbr2, sugiere una relación funcional con las adaptaciones metabólicas de estas células. Esta tesis ha tenido como objetivos fundamentales la caracterización del rol de la PEPCK-M en célula tumoral y en célula progenitora neuronal.
En cultivos neuronales de origen fetal, los precursores neuronales tbr2 positivos requieren lactato como sustrato metabólico para el mantenimiento de su fenotipo y su metabolismo. La PEPCK-M se expresa a niveles altos en este tipo celular y su actividad es necesaria para mantener la viabilidad de estos progenitores y cumplir con los requerimientos anabólicos a partir de carbonos provenientes del lactato.
La actividad PEPCK-M en célula tumoral es necesaria para la supervivencia y crecimiento en 2D y en cultivos en agar semi-sólido (anchorage-independent growth), lo que sugiere que esta enzima tiene un papel fundamental en el programa de supervivencia al estrés celular. Un análisis Kaplan-Meier a partir de datasets disponibles en la base de datos GEO (> 5000 pacientes), demuestra que la expresión elevada de la PCK2 se asocia significativamente con un peor pronóstico en pacientes con cáncer de mama.
A pesar de su potencial relevancia para las adaptaciones metabólicas en cáncer, no se conocen los mecanismos responsables de su actividad pro-supervivencia. Por ello, nos hemos propuesto estudiar estos mecanismos mediante análisis de metabolómica con los que hemos querido examinar si la PEPCK-M alimenta una vía alternativa a la glucosa utilizando carbonos provenientes de glutamina y que se dirigen a glicerol-3-fosfato, serina y glicina. La contribución de carbonos marcados con C13 a partir de (U) C13-glutamina a los intermediarios glucolíticos y sus productos de ramificación (es decir, serina, glicina, Gl3P) fue cuantificada mediante LC/MS utilizando modelos experimentales con niveles de actividad PEPCK-M reducidos y sobreexpresados en células de carcinoma de mama MCF7. El enriquecimiento de C13-glutamina fue cuantitativo en serina y glicina, correlacionando directamente con los niveles de actividad PEPCK-M en condiciones de estrés nutricional (baja glucosa). En ausencia de estrés nutricional (gran abundancia de glucosa y aminoácidos), la eliminación de la PEPCK-M induce estrés oxidativo y la acumulación de succinato, con la consecuente inducción de p21 y deficiencias en el crecimiento celular. La cataplerosis de glutamina no se ve afectada por alteraciones en la actividad de PEPCK-M. Sin embargo, un mayor enriquecimiento en todos los carbonos con C13 en intermediarios del ciclo de Krebs (TCA cycle) sugieren una reducción del flujo a través de esta vía. En conjunto, estos datos aumentan nuestra comprensión de las adaptaciones metabólicas en los tumores y el papel de la PEPCK en la provisión de flujos de carbono alternativas para lidiar con el estrés nutricional. Finalmente, estos estudios nos permiten proponer a la PEPCK-M como una nueva diana para el tratamiento de procesos tumorogénicos que necesitará ser validada en el futuro.
