A carregar...
Publicação
Androgens and calcium-binding protein regucalcin in the control of prostate cells metabolism and survival: implications in carcinogenesis
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.49 MB | Adobe PDF |
Autores
Resumo(s)
Prostate Cancer (PCa) is one of the most common cancers in men and continues to be a source of considerable morbidity and mortality worldwide. The progression of PCa from an early stage, confined to prostate, to a more aggressive phenotype is characterized by the loss of androgen-responsiveness, which means that tumor cells gain the ability to growth independently of the circulating androgens. Furthermore, the neoplastic transformation of prostate cells and tumor progression to more aggressive stages require several genetic and metabolic alterations. Warburg firstly demonstrated that tumor cells predominantly use glycolysis for obtaining energy in detriment of oxidative phosphorylation, with the production of high amounts of lactate. This metabolic adaptation is common to the majority of cancers and is now established as a hallmark of cancer. However, the alterations in the glycolytic metabolism that occur in the progression to the androgen-independent stage of PCa as well as the role of androgens in regulating the glycolytic flux are poorly studied.
Regucalcin (RGN) is a calcium (Ca2+)-binding protein that plays a determinant role in the maintenance of intracellular Ca2+ homeostasis. RGN also has been suggested as a tumor suppressor protein, since it is involved in the regulation of proliferation, apoptosis, and diverse metabolic pathways, and its antioxidant properties also have been reported. In addition, androgens, Ca2+ and age, all well-known factors implicated in PCa development, regulate RGN expression in different tissues but their action in prostate remains to be elucidated. It was also demonstrated that RGN is under expressed in human PCa cases comparatively to normal tissues, which suggest that the loss of RGN may be an event favoring tumor development. Moreover, considering the biological processes under the influence of RGN it is also predictable that it may exert a crucial role in the maintenance of cell tissue homeostasis. Notwithstanding, little is known about the factors that regulate RGN expression in the prostate, and no studies exist regarding the role of RGN in the regulation of cell proliferation, apoptosis, Ca2+ homeostasis, and metabolism in this tissue.
The present thesis firstly established the glycolytic profile of androgen-responsive (LNCaP) and non-responsive (PC3) PCa cells. We demonstrated that LNCaP and PC3 cells display a distinct glycolytic profile, with PC3 presenting higher production and export of lactate as a result of increased expression of target regulators of this metabolic pathway. The role of androgens in the regulation of the glycolytic flux in PCa cells was also studied. Treatment of LNCaP cells with 5α-dihydrotestosterone (DHT, 10nM) significantly increased glucose uptake, glycolysis rate and the export of lactate by upregulating the expression of important regulators of glycolysis, in a mechanism that seems to involve the androgen receptor (AR). These results highlighted the importance of controlling glucose and lactate metabolism as possible therapeutic approaches in PCa.
The effect of androgens, Ca2+ and age on the expression of RGN in prostate cells in vitro and in vivo was investigated. The expression of RGN in rat prostate was downregulated by androgens and aging. Administration of extracellular Ca2+ to human prostate cells differentially regulated the expression of RGN in LNCaP and PNT1A cells in a time- and dose-dependent manner, with effects more pronounced in the up-regulation of RGN expression in PNT1A cells. The fact that androgens and Ca2+ regulate RGN levels in prostate cells, and the evidence of RGN down-regulation with aging, strongly points this protein as an important target in the regulation of prostatic physiology.
Indeed, the work of this thesis also proved the role of RGN in controlling the crucial mechanisms involved in prostate cells homeostasis. RGN exerted a negative effect on the expression of Ca2+ sensing receptor, which was essential in the promotion of Ca2+-dependent proliferation, as demonstrated by in vitro and in vivo assays. In addition, overexpression of RGN suppressed cell proliferation, apoptosis and the glycolytic metabolism in rat prostate, as a result of the regulation of the expression and activity of several proteins involved in these pathways. RGN also decreased lipid peroxidation in rat prostate, which supports their cytoprotective function.
Finally, we verified that augmented levels of RGN improved the antioxidant defenses, prevented the age-induced resistance to apoptosis, and the excessive proliferation usually found in the prostate of aged animals. The obtained results suggest that the manipulation of RGN levels may prevent the development of aged-associated diseases in rat prostate.
In conclusion, the main findings of this dissertation pointed androgens as the “good friends” of PCa cells, since they increase the glycolytic flux in PCa cells, which is stimulated with the progression of disease. In contrast, loss of RGN expression with aging led to deregulation of different mechanisms crucial for the maintenance of prostate physiology, and thus it may contribute to the emergence of aged-associated pathophysiologic alterations, and to the neoplastic transformation. The results presented here also suggest future approaches for the management of PCa, which could passing by: i) the development of new therapeutic strategies based on the use of combined therapies, targeting AR and glycolytic metabolic regulators; and ii) the manipulation of RGN expression as a therapeutic option.
O cancro da próstata é um dos cancros mais frequentes na população masculina e continua a ser uma considerável fonte de morbidade e mortalidade para os homens no mundo inteiro. A progressão do cancro da próstata, que numa fase inicial está confinado à próstata, para um fenótipo mais agressivo, é caracterizada pela perda de resposta aos androgénios, ou seja, as células tumorais adquirem a capacidade de proliferar independente dos níveis de androgénios circulantes. O desenvolvimento e progressão do cancro da próstata resulta de diversas alterações genéticas e metabólicas, que conferem às células tumorais resistência e capacidade de proliferação exacerbadas. Os estudos de Warburg foram primordiais na demonstração de que as células tumorais usam preferencialmente a via glicolítica como fonte energética em detrimento da utilização da fosforilação oxidativa, o que resulta na produção de elevadas quantidades de lactato. Esta reprogramação metabólica é comum à maioria dos tumores e é atualmente considerada um “hallmark” do cancro. No entanto, as alterações que ocorrem ao nível do metabolismo glicolítico no cancro da próstata, assim como o papel dos androgénios na regulação do fluxo glicolítico, associada à progressão da doença para um estado mais agressivo, têm sido pouco estudados. A Regucalcina (RGN) foi primeiramente descrita como uma proteína de ligação ao cálcio (Ca2+), e desempenha um papel importante na homeostase intracelular deste ião. Também tem sido sugerida a sua função como gene supressor de tumor, pois esta proteína está envolvida na regulação da proliferação celular, apoptose e de diversas vias metabólicas, e parece ter propriedades antioxidantes. Para além disso, vários estudos noutros tecidos que não a próstata, demonstraram que a expressão da RGN é afetada por diversos fatores que estão associados à progressão do cancro da próstata, nomeadamente pelos androgénios, cálcio e pela idade. Foi também demonstrado que a expressão da RGN está diminuída em casos de cancro da próstata quando comparada com tecidos não tumorais, o que sugere que a perda da sua expressão poderá favorecer o desenvolvimento tumoral. Assim, tendo em consideração os vários processos biológicos que estão sob o controlo da RGN, torna-se previsível que esta proteína exerça um papel crucial na manutenção da homeostase celular. No entanto, existem poucos estudos sobre a regulação da expressão da RGN na próstata e ainda não foram detetados quaisquer avanços sobre a sua função na fisiologia prostática, nomeadamente na proliferação celular, apoptose, homeostase do Ca2+ e metabolismo neste tecido. Assim, a presente tese teve como primeiro objetivo estabelecer o perfil glicolítico de duas linhas celulares tumorais da próstata representativas de uma fase mais precoce e de uma fase mais agressiva do cancro da próstata, ou seja responsivas (LNCaP) ou não responsivas (PC3) aos androgénios. Verificou-se que as linhas celulares LNCaP e PC3 apresentam um perfil glicolítico distinto. Relativamente às LNCaP, as PC3 demonstram um aumento na produção e no transporte de lactato para o meio extracelular em resultado de um aumento da expressão de reguladores específicos desta via metabólica. Os efeitos dos androgénios na regulação do fluxo glicolítico nas células tumorais da próstata foram também estudados. O tratamento de células LNCaP com 5α-dihidrotestosterona (DHT, 10 nM) aumentou significativamente o consumo de glucose e a sua metabolização a lactato, o que foi conseguido através do aumento da expressão dos transportadores e enzimas reguladoras da via glicolítica, num mecanismo que parece depender do recetor de androgénios (AR). Estes resultados indicam o controlo do metabolismo da glucose e do lactato como possível abordagem terapêutica para o cancro da próstata. O efeito dos androgénios, do Ca2+ e da idade na expressão da RGN em células de próstata in vitro e in vivo foi igualmente avaliado. Verificou-se que tanto os androgénios como o envelhecimento regulam negativamente a expressão da RGN na próstata de rato. Concentrações fisiológicas e não fisiológicas de Ca2+ extracelular, e diferentes tempos de estimulação, provocaram efeitos distintos na expressão da RGN nas linhas celulares PNT1A e LNCaP, tendo sido observados efeitos mais pronunciados na sobreexpressão da RGN nas PNT1A. O conhecimento de que a RGN é uma proteína regulada pelos androgénios e pelo Ca2+, e de que a sua expressão se encontra reduzida com o envelhecimento, reforça a importância desta proteína como um alvo fundamental na regulação da fisiologia prostática. De facto, o trabalho realizado nesta tese provou que a RGN exerce funções cruciais para a manutenção da fisiologia prostática, atuando a diferentes níveis fisiológicos. Através de ensaios in vitro e in vivo, verificou-se que RGN exerce um efeito negativo sobre a expressão do recetor do Ca2+, “calcium-sensing receptor” (CaSR), o qual é essencial na promoção dos efeitos do Ca2+ na proliferação. Para além disso, a sobre-expressão da RGN inibiu a proliferação celular, a apoptose e o metabolismo glicolítico na próstata de rato, através da modulação da expressão e da atividade de várias proteínas envolvidas na regulação das vias de sinalização referidas. Demonstrou-se também que a RGN reduz a peroxidação lipídica na próstata de rato, o que suporta a função da RGN como uma proteína citoprotetora. Por último, verificou-se que níveis aumentados de RGN promovem o aumento das defesas antioxidantes, e previnem a resistência à apoptose e a proliferação descontrolada das células da próstata, características usualmente identificadas na próstata de animais envelhecidos. De uma forma geral, os resultados obtidos sugerem que a manipulação dos níveis da RGN pode ser uma boa estratégia para prevenir o desenvolvimento de doenças associadas com a idade na próstata de rato. Em suma, o trabalho desenvolvido nesta tese, apresenta os androgénios como os “grandes amigos” das células tumorais da próstata, uma vez que estes promovem o aumento do fluxo glicolítico, o que por sua vez é uma característica associada à progressão dos tumores para fases mais agressivas da doença. Por outro lado, a perda da expressão da RGN associada ao envelhecimento leva à desregulação dos mecanismos fundamentais para a manutenção da fisiologia da próstata, o que pode contribuir para o aparecimento de alterações patofisiológicas da próstata, e para a transformação neoplástica das células. Por fim, os resultados apresentados também sugerem futuras abordagens terapêuticas para o cancro da próstata, que passam por: i) desenvolver terapias baseadas no uso combinado de inibidores do AR e dos reguladores da via glicolítica; ii) desenvolver estratégias de manipulação da expressão da RGN de modo a explorar o seu potencial como opção terapêutica.
O cancro da próstata é um dos cancros mais frequentes na população masculina e continua a ser uma considerável fonte de morbidade e mortalidade para os homens no mundo inteiro. A progressão do cancro da próstata, que numa fase inicial está confinado à próstata, para um fenótipo mais agressivo, é caracterizada pela perda de resposta aos androgénios, ou seja, as células tumorais adquirem a capacidade de proliferar independente dos níveis de androgénios circulantes. O desenvolvimento e progressão do cancro da próstata resulta de diversas alterações genéticas e metabólicas, que conferem às células tumorais resistência e capacidade de proliferação exacerbadas. Os estudos de Warburg foram primordiais na demonstração de que as células tumorais usam preferencialmente a via glicolítica como fonte energética em detrimento da utilização da fosforilação oxidativa, o que resulta na produção de elevadas quantidades de lactato. Esta reprogramação metabólica é comum à maioria dos tumores e é atualmente considerada um “hallmark” do cancro. No entanto, as alterações que ocorrem ao nível do metabolismo glicolítico no cancro da próstata, assim como o papel dos androgénios na regulação do fluxo glicolítico, associada à progressão da doença para um estado mais agressivo, têm sido pouco estudados. A Regucalcina (RGN) foi primeiramente descrita como uma proteína de ligação ao cálcio (Ca2+), e desempenha um papel importante na homeostase intracelular deste ião. Também tem sido sugerida a sua função como gene supressor de tumor, pois esta proteína está envolvida na regulação da proliferação celular, apoptose e de diversas vias metabólicas, e parece ter propriedades antioxidantes. Para além disso, vários estudos noutros tecidos que não a próstata, demonstraram que a expressão da RGN é afetada por diversos fatores que estão associados à progressão do cancro da próstata, nomeadamente pelos androgénios, cálcio e pela idade. Foi também demonstrado que a expressão da RGN está diminuída em casos de cancro da próstata quando comparada com tecidos não tumorais, o que sugere que a perda da sua expressão poderá favorecer o desenvolvimento tumoral. Assim, tendo em consideração os vários processos biológicos que estão sob o controlo da RGN, torna-se previsível que esta proteína exerça um papel crucial na manutenção da homeostase celular. No entanto, existem poucos estudos sobre a regulação da expressão da RGN na próstata e ainda não foram detetados quaisquer avanços sobre a sua função na fisiologia prostática, nomeadamente na proliferação celular, apoptose, homeostase do Ca2+ e metabolismo neste tecido. Assim, a presente tese teve como primeiro objetivo estabelecer o perfil glicolítico de duas linhas celulares tumorais da próstata representativas de uma fase mais precoce e de uma fase mais agressiva do cancro da próstata, ou seja responsivas (LNCaP) ou não responsivas (PC3) aos androgénios. Verificou-se que as linhas celulares LNCaP e PC3 apresentam um perfil glicolítico distinto. Relativamente às LNCaP, as PC3 demonstram um aumento na produção e no transporte de lactato para o meio extracelular em resultado de um aumento da expressão de reguladores específicos desta via metabólica. Os efeitos dos androgénios na regulação do fluxo glicolítico nas células tumorais da próstata foram também estudados. O tratamento de células LNCaP com 5α-dihidrotestosterona (DHT, 10 nM) aumentou significativamente o consumo de glucose e a sua metabolização a lactato, o que foi conseguido através do aumento da expressão dos transportadores e enzimas reguladoras da via glicolítica, num mecanismo que parece depender do recetor de androgénios (AR). Estes resultados indicam o controlo do metabolismo da glucose e do lactato como possível abordagem terapêutica para o cancro da próstata. O efeito dos androgénios, do Ca2+ e da idade na expressão da RGN em células de próstata in vitro e in vivo foi igualmente avaliado. Verificou-se que tanto os androgénios como o envelhecimento regulam negativamente a expressão da RGN na próstata de rato. Concentrações fisiológicas e não fisiológicas de Ca2+ extracelular, e diferentes tempos de estimulação, provocaram efeitos distintos na expressão da RGN nas linhas celulares PNT1A e LNCaP, tendo sido observados efeitos mais pronunciados na sobreexpressão da RGN nas PNT1A. O conhecimento de que a RGN é uma proteína regulada pelos androgénios e pelo Ca2+, e de que a sua expressão se encontra reduzida com o envelhecimento, reforça a importância desta proteína como um alvo fundamental na regulação da fisiologia prostática. De facto, o trabalho realizado nesta tese provou que a RGN exerce funções cruciais para a manutenção da fisiologia prostática, atuando a diferentes níveis fisiológicos. Através de ensaios in vitro e in vivo, verificou-se que RGN exerce um efeito negativo sobre a expressão do recetor do Ca2+, “calcium-sensing receptor” (CaSR), o qual é essencial na promoção dos efeitos do Ca2+ na proliferação. Para além disso, a sobre-expressão da RGN inibiu a proliferação celular, a apoptose e o metabolismo glicolítico na próstata de rato, através da modulação da expressão e da atividade de várias proteínas envolvidas na regulação das vias de sinalização referidas. Demonstrou-se também que a RGN reduz a peroxidação lipídica na próstata de rato, o que suporta a função da RGN como uma proteína citoprotetora. Por último, verificou-se que níveis aumentados de RGN promovem o aumento das defesas antioxidantes, e previnem a resistência à apoptose e a proliferação descontrolada das células da próstata, características usualmente identificadas na próstata de animais envelhecidos. De uma forma geral, os resultados obtidos sugerem que a manipulação dos níveis da RGN pode ser uma boa estratégia para prevenir o desenvolvimento de doenças associadas com a idade na próstata de rato. Em suma, o trabalho desenvolvido nesta tese, apresenta os androgénios como os “grandes amigos” das células tumorais da próstata, uma vez que estes promovem o aumento do fluxo glicolítico, o que por sua vez é uma característica associada à progressão dos tumores para fases mais agressivas da doença. Por outro lado, a perda da expressão da RGN associada ao envelhecimento leva à desregulação dos mecanismos fundamentais para a manutenção da fisiologia da próstata, o que pode contribuir para o aparecimento de alterações patofisiológicas da próstata, e para a transformação neoplástica das células. Por fim, os resultados apresentados também sugerem futuras abordagens terapêuticas para o cancro da próstata, que passam por: i) desenvolver terapias baseadas no uso combinado de inibidores do AR e dos reguladores da via glicolítica; ii) desenvolver estratégias de manipulação da expressão da RGN de modo a explorar o seu potencial como opção terapêutica.
Descrição
Palavras-chave
Cancro da próstata - Terapêutica Metabolismo glicolítico Regucalcina Apoptose