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Obesogens-induced deregulation of periprostatic adipose tissue: a driven force in the onset and progression of prostate cancer?
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Resumo(s)
Prostate cancer (PCa) is a hormone-dependent cancer whose development and progression are strongly influenced by the tumour microenvironment and exogenous factors, such as environmental influences. The periprostatic adipose tissue (PPAT), by its anatomical proximity and functional crosstalk with prostate cells, emerged as a key driver of tumour growth, particularly in obesity, with the secretome of “obese” PPAT being associated with enhanced tumour aggressiveness. On the other hand, epidemiological and experimental studies have implicated endocrine-disrupting chemicals (EDCs) as environmental risk factors for PCa.
Given the hormone dependency of PCa, it is predictable that it is a cancer highly susceptible to the influence of environmental exposures, namely EDCs and specifically those with obesogenic properties (i.e. obesogens), which are capable of disrupting both endocrine and metabolic pathways. Notably, based on their mechanisms of action and the cellular and molecular alterations they induce, obesogens may promote tumorigenesis either directly by acting on prostate cells or indirectly by inducing adipose tissue dysfunction. However, the extent to which obesogenic compounds drive these alterations and the consequent impact on prostate tumorigenesis remain largely unknown. Moreover, despite the well-established effects of obesogens on adipose tissue, no study has characterised their actions on PPAT. Addressing these gaps is critical to understanding how environmental factors intersect with adipose tissue biology, influencing interorgan communication between the prostate and adipose tissue and PCa development. Based on this scientific rationale, this doctoral thesis hypothesises that obesogen-induced PPAT dysfunction represents a driving force in the initiation and progression of PCa.
Tributyltin (TBT) is a well-characterised obesogenic EDC and a potent regulator of adipogenesis, widely used in experimental settings to investigate the effects of obesogens. Therefore, using the obesogen model TBT this thesis aimed to: (i) characterise the morphological and secretory alterations of PPAT following TBT exposure; (ii) assess the impact of TBT-induced PPAT dysregulation on prostate cell fate, metabolism, oxidative and inflammatory status, and response to chemotherapeutic drugs; and (iii) identify the molecular targets and signalling pathways mediating the crosstalk between dysregulated PPAT and prostate cells.
First, it was demonstrated that in vivo exposure to TBT (50 μg/kg) besides increasing rat body weight, enhanced PPAT somatic index and altered its functional phenotype. TBT treatment promoted a shift in rat prostate cells toward a glycolytic and lipogenic metabolic profile and stimulated oncogenic signalling pathways, including increased phosphorylated/total protein kinase B (pAKT/AKT) ratio and androgen receptor expression. Moreover, macrophage infiltration and a shift in macrophage polarisation towards a pro-inflammatory phenotype were observed both in the prostate and PPAT of TBT-exposed animals, suggesting that TBT can perturb the local prostate-PPAT immune status, contributing to an environment permissive to prostate carcinogenesis. These findings confirmed the effects of TBT on prostate cells, supporting the hypothesis and the investigation into the contribution of PPAT-mediated effects in altering prostate cell behaviour.
Culture of the PPAT from rats exposed to TBT clearly demonstrated that TBT induced a dysregulation of the PPAT secretome. TBT-treated PPAT (TBT-PPAT) displayed increased leptin/adiponectin ratio and C-C motif chemokine ligand 7 (CCL7) levels. This adipokine/chemokine profile induced by TBT mimics that observed in obesity and is concurrent with a metabolic reprogramming associated with enhanced glucose, free fatty acids, and lipid peroxidation.
Importantly, ex vivo exposure of rat PPAT to TBT (100 nM) recapitulated the findings obtained in vivo concerning the features of its secretome, which are capable of having an impact on prostate cell fate.
The results obtained in the subsequent preclinical approaches using co-cultures and conditioned media (CM) assays confirmed the ability of TBT-PPAT enhance the viability, proliferation and migration, as well as apoptosis resistance, in all the studied prostate cell line models, namely non-neoplastic prostate epithelial cells (PNT1A), and androgen-sensitive (22Rv1) and androgen-insensitive (DU145 and PC3) PCa cells.
Notably, the TBT-PPAT secretome increased the expression of CCL7 receptor, the C-C motif receptor 3 (CCR3), in prostate cells, which, together with the enhanced CCL7 secretion observed in our experimental setting, raised curiosity about the role of the CCL7-CCR3 axis underlying the pro-tumorigenic effects of TBT-PPAT. The use of a CCR3 antagonist significantly reduced TBT-PPAT induced migration across all cell lines, allowing to implicate the CCL7 and CCR3 in the observed responses of prostate cells. Other molecular targets beyond the CCL7-CCR3 axis were also highlighted. It is the case of tribbles homolog 1 (TRIB1), a pseudokinase involved in tumorigenesis and lipid homeostasis that was overexpressed across all studied cell models exposed to TBT-PPAT-CM.
Cell fate alterations observed upon TBT treatment were accompanied by metabolic changes with distinct outcomes in non-neoplastic and neoplastic cell lines: in PNT1A, enhanced fatty acid β-oxidation and synthesis indicate a plausible shift toward a cancer-like metabolic profile; in 22Rv1, the unaltered metabolic and oxidative status suggests the activation of alternative signalling pathways sustaining TBT-PPAT effects; in DU145 and PC3, the distinct metabolic responses observed underscore the differential responsiveness of androgen-insensitive PCa cell subtypes to adipose-derived cues.
The investigation in the present thesis was extended to a clinically relevant setting. Human PPAT obtained from patients submitted to radical prostatectomy or prostatic adenomectomy (Millin’s procedure) was treated ex vivo with TBT (100 nM) to confirm if the human tissues resemble the pro-tumorigenic cues identified in controlled experimental models. This approach demonstrated that human PPAT is a target of obesogenic dysregulation and showed that the secretome of obesogen-dysregulated PPAT can significantly enhance the viability of prostate cells. Moreover, the presence of human TBT-PPAT reduced the sensitivity of PCa cells to docetaxel and cabazitaxel, suggesting that obesogenic dysregulation contributes to PCa resistance to taxane-based chemotherapy.
Overall, the scientific evidence gathered in this thesis identifies PPAT as a key target of obesogenic EDCs, which disrupt PPAT function and its crosstalk with prostate cells, thereby contributing to the initiation and progression of PCa. These findings open new avenues for developing interventions aimed at modulating PPAT activity to counteract its tumour-promoting effects and emphasise obesity as a critical modulator of PCa aggressiveness.
O cancro da próstata (PCa, do inglês “prostate cancer”) é um cancro hormono-dependente cujo desenvolvimento e progressão são fortemente influenciados pelo microambiente tumoral e por fatores exógenos, como as influências ambientais. O tecido adiposo periprostático (PPAT, do inglês “periprostatic adipose tissue”), pela sua proximidade anatómica e comunicação funcional com as células da próstata, emergiu como um regulador chave do crescimento tumoral, particularmente em contexto de obesidade, estando o secretoma do PPAT “obeso” associado a uma maior agressividade tumoral. Por outro lado, estudos epidemiológicos e laboratoriais têm apontado os químicos desreguladores endócrinos (EDCs, do inglês “endocrine-disrupting chemicals”) como fatores de risco ambiental associado ao PCa. Atendendo à dependência hormonal do PCa, é previsível que este seja altamente suscetível à influência de exposições ambientais, nomeadamente aos EDCs, e especificamente àqueles com propriedades obesogénicas (i.e., obesogénios), os quais são capazes de interferir com vias endócrinas e metabólicas. De forma relevante, com base nos seus mecanismos de ação e nos efeitos celulares e moleculares que induzem, os obesogénios podem promover a tumorigénese seja atuando diretamente nas células prostáticas, seja indiretamente, através da indução de disfunção do tecido adiposo. Contudo, a extensão com que os compostos obesogénicos desencadeiam estas alterações e o seu impacto consequente na tumorigénese prostática permanece largamente desconhecida. Adicionalmente, apesar dos efeitos bem estabelecidos dos obesogénios no tecido adiposo, nenhum estudo caracterizou até ao momento as suas ações no PPAT. O esclarecimento destas lacunas é crucial para se compreender de que forma os fatores ambientais interagem com a biologia do tecido adiposo, influenciando a comunicação entre a próstata e o tecido adiposo, e o desenvolvimento de PCa. Com base nesta premissa científica, a presente tese de doutoramento formula a hipótese de que a disfunção do PPAT induzida por obesogénios constitui uma força motriz na iniciação e progressão do PCa. O tributilestanho (TBT) é um EDC obesogénico bem caracterizado e um potente regulador da adipogénese, amplamente utilizado em modelos experimentais para o estudo dos efeitos dos obesogénios. Assim, utilizando o TBT como obesogénio modelo, esta tese teve como objetivos: (i) caracterizar as alterações morfológicas e secretoras do PPAT após exposição ao TBT; (ii) avaliar o impacto da desregulação do PPAT induzida pelo TBT no destino celular, metabolismo, estado oxidativo e inflamatório e resposta a fármacos quimioterapêuticos em células da próstata; e (iii) identificar os alvos moleculares e as vias de sinalização mediadoras da comunicação entre o PPAT desregulado e as células da próstata. Primeiramente, demonstrou-se que a exposição in vivo ao TBT (50 μg/kg), para além de aumentar o peso corporal dos ratos, incrementou o índice somático do PPAT e alterou o seu fenótipo funcional. O tratamento com TBT promoveu uma reprogramação metabólica das células prostáticas para um perfil glicolítico e lipogénico e estimulou vias de sinalização oncogénicas, incluindo o aumento da razão proteína cinase B fosforilada/total (pAKT/AKT) e da expressão do recetor de androgénios. Observou-se ainda a infiltração de macrófagos e uma polarização destes para um fenótipo pró-inflamatório, tanto na próstata como no PPAT de animais expostos ao TBT, sugerindo que este composto perturba o contexto imune local próstata–PPAT, contribuindo para um ambiente permissivo à carcinogénese prostática. Estes resultados confirmaram os efeitos do TBT nas células da próstata, sustentando a hipótese e a investigação do contributo do PPAT na modulação do comportamento das células da próstata. A cultura de PPAT proveniente de ratos expostos ao TBT demonstrou claramente que este composto induz uma desregulação do seu secretoma. O secretoma do PPAT tratado com TBT (TBT-PPAT) apresentou um aumento da razão leptina/adiponectina e dos níveis de CCL7 (do inglês “C-C motif chemokine ligand 7”). Este perfil de adipoquinas/quimiocinas induzido pelo TBT mimetiza o observado na obesidade e foi acompanhado por uma reprogramação metabólica associada ao aumento da glucose, dos ácidos gordos livres e da peroxidação lipídica. De forma relevante, a exposição ex vivo do PPAT ao TBT (100 nM) recapitula os resultados obtidos in vivo relativamente às características do secretoma, as quais são capazes de influenciar o destino das células da próstata. Os resultados obtidos nas abordagens pré-clínicas subsequentes, utilizando sistemas de co-cultura e ensaios com meio condicionado (CM, do inglês “conditioned media”), confirmaram a capacidade do TBT-PPAT para aumentar a viabilidade, proliferação e migração, bem como a resistência à apoptose, em todos os modelos de células da próstata estudados, nomeadamente células epiteliais não neoplásicas (PNT1A) e células de PCa sensível a androgénios (22Rv1) e insensível a androgénios (DU145 e PC3). De salientar que o secretoma do TBT-PPAT aumentou a expressão do recetor de CCL7, CCR3 (do inglês “C-C motif chemokine receptor 3”), nas células da próstata. Este facto, em conjunto com o aumento da secreção de CCL7 observado no modelo experimental, suscitou o interesse no papel do eixo CCL7-CCR3 subjacente aos efeitos pró-tumorigénicos do TBT-PPAT. A utilização de um antagonista do CCR3 reduziu significativamente a migração induzida pelo TBT-PPAT em todas as linhas celulares, permitindo associar a CCL7 e o CCR3 às respostas observadas. Para além do eixo CCL7-CCR3, foram identificados outros alvos moleculares, como a TRIB1 (do inglês “tribbles homolog 1”), uma pseudocinase envolvida na tumorigénese e na homeostase lipídica, a qual se encontrou sobre-expressa em todos os modelos celulares expostos ao CM do TBT-PPAT. As alterações no destino celular observadas após o tratamento com TBT foram acompanhadas por mudanças metabólicas com resultados distintos entre linhas celulares não neoplásicas e neoplásicas: nas PNT1A, o aumento da β-oxidação e da síntese de ácidos gordos sugere uma possível transição para um perfil metabólico semelhante ao observado em contexto neoplásico; nas 22Rv1, a ausência de alterações metabólicas e oxidativas sugere a ativação de vias de sinalização alternativas que alicerçam os efeitos do TBT-PPAT; nas DU145 e PC3, as respostas metabólicas distintas observadas evidenciam a diferente sensibilidade dos subtipos de PCa insensíveis a androgénios aos estímulos derivados do tecido adiposo. A investigação desenvolvida nesta tese foi ainda alargada a um contexto clinicamente relevante. O PPAT humano, obtido de doentes submetidos a prostatectomia radical ou adenomectomia prostática (procedimento de Millin), foi tratado ex vivo com TBT (100 nM) para confirmar se os tecidos humanos replicam os sinais pró-tumorigénicos identificados anteriormente nos modelos experimentais controlados. Esta abordagem demonstrou que o PPAT humano é um alvo de desregulação obesogénica e que o secretoma do PPAT desregulado por obesogénios aumenta significativamente a viabilidade das células da próstata. Além disso, a presença de TBT-PPAT humano reduz a sensibilidade das células de PCa ao docetaxel e ao cabazitaxel, sugerindo que a desregulação obesogénica contribui para a resistência do PCa à quimioterapia baseada em taxanos. Em conjunto, a evidência científica reunida nesta tese identifica o PPAT como um alvo-chave dos EDCs obesogénicos, os quais perturbam a sua função e comunicação com as células da próstata, contribuindo para a iniciação e progressão do PCa. Estes resultados abrem novas perspetivas para o desenvolvimento de intervenções destinadas a modular a atividade do PPAT, de forma a contrariar os seus efeitos pró-tumorais, e reforçam a obesidade como um modulador crítico da agressividade do PCa.
O cancro da próstata (PCa, do inglês “prostate cancer”) é um cancro hormono-dependente cujo desenvolvimento e progressão são fortemente influenciados pelo microambiente tumoral e por fatores exógenos, como as influências ambientais. O tecido adiposo periprostático (PPAT, do inglês “periprostatic adipose tissue”), pela sua proximidade anatómica e comunicação funcional com as células da próstata, emergiu como um regulador chave do crescimento tumoral, particularmente em contexto de obesidade, estando o secretoma do PPAT “obeso” associado a uma maior agressividade tumoral. Por outro lado, estudos epidemiológicos e laboratoriais têm apontado os químicos desreguladores endócrinos (EDCs, do inglês “endocrine-disrupting chemicals”) como fatores de risco ambiental associado ao PCa. Atendendo à dependência hormonal do PCa, é previsível que este seja altamente suscetível à influência de exposições ambientais, nomeadamente aos EDCs, e especificamente àqueles com propriedades obesogénicas (i.e., obesogénios), os quais são capazes de interferir com vias endócrinas e metabólicas. De forma relevante, com base nos seus mecanismos de ação e nos efeitos celulares e moleculares que induzem, os obesogénios podem promover a tumorigénese seja atuando diretamente nas células prostáticas, seja indiretamente, através da indução de disfunção do tecido adiposo. Contudo, a extensão com que os compostos obesogénicos desencadeiam estas alterações e o seu impacto consequente na tumorigénese prostática permanece largamente desconhecida. Adicionalmente, apesar dos efeitos bem estabelecidos dos obesogénios no tecido adiposo, nenhum estudo caracterizou até ao momento as suas ações no PPAT. O esclarecimento destas lacunas é crucial para se compreender de que forma os fatores ambientais interagem com a biologia do tecido adiposo, influenciando a comunicação entre a próstata e o tecido adiposo, e o desenvolvimento de PCa. Com base nesta premissa científica, a presente tese de doutoramento formula a hipótese de que a disfunção do PPAT induzida por obesogénios constitui uma força motriz na iniciação e progressão do PCa. O tributilestanho (TBT) é um EDC obesogénico bem caracterizado e um potente regulador da adipogénese, amplamente utilizado em modelos experimentais para o estudo dos efeitos dos obesogénios. Assim, utilizando o TBT como obesogénio modelo, esta tese teve como objetivos: (i) caracterizar as alterações morfológicas e secretoras do PPAT após exposição ao TBT; (ii) avaliar o impacto da desregulação do PPAT induzida pelo TBT no destino celular, metabolismo, estado oxidativo e inflamatório e resposta a fármacos quimioterapêuticos em células da próstata; e (iii) identificar os alvos moleculares e as vias de sinalização mediadoras da comunicação entre o PPAT desregulado e as células da próstata. Primeiramente, demonstrou-se que a exposição in vivo ao TBT (50 μg/kg), para além de aumentar o peso corporal dos ratos, incrementou o índice somático do PPAT e alterou o seu fenótipo funcional. O tratamento com TBT promoveu uma reprogramação metabólica das células prostáticas para um perfil glicolítico e lipogénico e estimulou vias de sinalização oncogénicas, incluindo o aumento da razão proteína cinase B fosforilada/total (pAKT/AKT) e da expressão do recetor de androgénios. Observou-se ainda a infiltração de macrófagos e uma polarização destes para um fenótipo pró-inflamatório, tanto na próstata como no PPAT de animais expostos ao TBT, sugerindo que este composto perturba o contexto imune local próstata–PPAT, contribuindo para um ambiente permissivo à carcinogénese prostática. Estes resultados confirmaram os efeitos do TBT nas células da próstata, sustentando a hipótese e a investigação do contributo do PPAT na modulação do comportamento das células da próstata. A cultura de PPAT proveniente de ratos expostos ao TBT demonstrou claramente que este composto induz uma desregulação do seu secretoma. O secretoma do PPAT tratado com TBT (TBT-PPAT) apresentou um aumento da razão leptina/adiponectina e dos níveis de CCL7 (do inglês “C-C motif chemokine ligand 7”). Este perfil de adipoquinas/quimiocinas induzido pelo TBT mimetiza o observado na obesidade e foi acompanhado por uma reprogramação metabólica associada ao aumento da glucose, dos ácidos gordos livres e da peroxidação lipídica. De forma relevante, a exposição ex vivo do PPAT ao TBT (100 nM) recapitula os resultados obtidos in vivo relativamente às características do secretoma, as quais são capazes de influenciar o destino das células da próstata. Os resultados obtidos nas abordagens pré-clínicas subsequentes, utilizando sistemas de co-cultura e ensaios com meio condicionado (CM, do inglês “conditioned media”), confirmaram a capacidade do TBT-PPAT para aumentar a viabilidade, proliferação e migração, bem como a resistência à apoptose, em todos os modelos de células da próstata estudados, nomeadamente células epiteliais não neoplásicas (PNT1A) e células de PCa sensível a androgénios (22Rv1) e insensível a androgénios (DU145 e PC3). De salientar que o secretoma do TBT-PPAT aumentou a expressão do recetor de CCL7, CCR3 (do inglês “C-C motif chemokine receptor 3”), nas células da próstata. Este facto, em conjunto com o aumento da secreção de CCL7 observado no modelo experimental, suscitou o interesse no papel do eixo CCL7-CCR3 subjacente aos efeitos pró-tumorigénicos do TBT-PPAT. A utilização de um antagonista do CCR3 reduziu significativamente a migração induzida pelo TBT-PPAT em todas as linhas celulares, permitindo associar a CCL7 e o CCR3 às respostas observadas. Para além do eixo CCL7-CCR3, foram identificados outros alvos moleculares, como a TRIB1 (do inglês “tribbles homolog 1”), uma pseudocinase envolvida na tumorigénese e na homeostase lipídica, a qual se encontrou sobre-expressa em todos os modelos celulares expostos ao CM do TBT-PPAT. As alterações no destino celular observadas após o tratamento com TBT foram acompanhadas por mudanças metabólicas com resultados distintos entre linhas celulares não neoplásicas e neoplásicas: nas PNT1A, o aumento da β-oxidação e da síntese de ácidos gordos sugere uma possível transição para um perfil metabólico semelhante ao observado em contexto neoplásico; nas 22Rv1, a ausência de alterações metabólicas e oxidativas sugere a ativação de vias de sinalização alternativas que alicerçam os efeitos do TBT-PPAT; nas DU145 e PC3, as respostas metabólicas distintas observadas evidenciam a diferente sensibilidade dos subtipos de PCa insensíveis a androgénios aos estímulos derivados do tecido adiposo. A investigação desenvolvida nesta tese foi ainda alargada a um contexto clinicamente relevante. O PPAT humano, obtido de doentes submetidos a prostatectomia radical ou adenomectomia prostática (procedimento de Millin), foi tratado ex vivo com TBT (100 nM) para confirmar se os tecidos humanos replicam os sinais pró-tumorigénicos identificados anteriormente nos modelos experimentais controlados. Esta abordagem demonstrou que o PPAT humano é um alvo de desregulação obesogénica e que o secretoma do PPAT desregulado por obesogénios aumenta significativamente a viabilidade das células da próstata. Além disso, a presença de TBT-PPAT humano reduz a sensibilidade das células de PCa ao docetaxel e ao cabazitaxel, sugerindo que a desregulação obesogénica contribui para a resistência do PCa à quimioterapia baseada em taxanos. Em conjunto, a evidência científica reunida nesta tese identifica o PPAT como um alvo-chave dos EDCs obesogénicos, os quais perturbam a sua função e comunicação com as células da próstata, contribuindo para a iniciação e progressão do PCa. Estes resultados abrem novas perspetivas para o desenvolvimento de intervenções destinadas a modular a atividade do PPAT, de forma a contrariar os seus efeitos pró-tumorais, e reforçam a obesidade como um modulador crítico da agressividade do PCa.
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Palavras-chave
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