| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.61 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
In mammals, taste perception is a primordial function triggered by food ingestion which is transduced as bitter, sweet, sour, salty or umami flavours to the central nervous system. Taste receptors belong to the G protein coupled receptors superfamily and correspond to transmembrane proteins that can be divided into type 1 and type 2. There are 3 type 1 receptor subunits (TAS1Rs) that mediate sweet and umami tastes through the heterodimers TAS1R2+TAS1R3 and TAS1R1+TAS1R3, respectively. On the other hand, the group of type 2 receptors (TAS2Rs) consists of 25 members that mediate bitter taste. Although initially found in the taste buds of the oral cavity, the expression of taste receptors has been reported in several other extraoral organs and also in several types of cancer, where their function has been associated with important biological functions, such as cellular proliferation, apoptosis, glucose metabolism regulation, among others.
Glioblastoma is a grade 4 brain tumour, according to the World Health Organization classification, due to its aggressiveness, invasiveness, and poor differentiation. The standard treatment for glioblastoma is surgical resection, followed by radio- and chemotherapy with temozolomide. However, the recurrence of this type of tumour is still very high, not only due to the high proliferation and infiltration of cancer cells, but also to the existence of the blood-brain barrier and hypoxic microenvironment, and to the high radio- and chemotherapy resistance. Overall, all these factors contribute to the poor prognosis of patients with glioblastoma. One of the chemoresistant mechanisms is associated with the overexpression of efflux transporters, that can be regulated by TAS2Rs. On the other hand, the metabolic reprogramming of cancer cells, known as Warburg effect, is also associated with chemoresistance and worse prognosis. Interestingly, the sweet taste receptor (STR) is an important sensor of the glucose availability and glucose metabolism in several cells and organs.
Since TAS2Rs are activated by bitter tasting compounds, including several anticancer drugs, these receptors could be used as new therapeutic targets for glioblastoma. In addition, the STR inhibition could trigger the Warburg effect reversal in glioblastoma cells, as it may deceive the cells that there is no glucose available, leading to their death by starvation. Thus, the work developed during this doctoral thesis aimed at analysing the expression and function of taste receptors, particularly bitter and sweet taste receptors, in three glioblastoma cell lines. The therapeutic potential of these 2 types of taste receptor in glioblastoma was also analysed.
In the first research work, we aimed to characterize the functional relevance of bitter taste receptors to be used as new therapeutic targets for glioblastoma. We firstly identified the presence of 19 TAS2Rs transcripts in glioblastoma cell lines and in a human astrocytes cell line. Differences in gene and protein expression of 4 TAS2Rs were also addressed. Moreover, the TAS2Rs expression in human tumour samples of glioblastoma was also validated. Most importantly, we also showed that the anticancer effects of temozolomide in glioblastoma cells is partially mediated by TAS2Rs activation, particularly by TAS2R43.
In the second part of the research work presented in this doctoral thesis, the functional relevance of the sweet taste receptor in the glucose metabolism of glioblastoma cells was investigated. We proceeded to the identification and analysis of the 2 STR subunits expression in glioblastoma cell lines and human samples. Then, it was observed that the STR inhibition with lactisole, a TAS1R3 subunit inhibitor, reduced the viability and migration of glioblastoma cells, particularly under glucose/oxygen deprivation conditions, by limiting the glucose uptake by glioblastoma cells.
Altogether, the results presented in this doctoral thesis provided evidence for the potential of bitter and sweet taste receptors as possible targets for glioblastoma treatment, to improve the prognosis of this devastating disease.
Nos mamíferos, o paladar é um sentido químico e consiste na perceção dos sabores amargo, doce, azedo, salgado ou umami, tendo início na cavidade oral, quando os alimentos ou outras substâncias contactam as papilas gustativas, originando respostas aversivas ou atrativas. Os recetores do sabor pertencem à superfamília dos recetores acoplados à proteína G correspondem a proteínas transmembranares que podem ser divididas nos tipos 1 e 2. Existem três subunidades de recetores do tipo 1 (TAS1Rs) que medeiam os sabores doce e umami através da formação dos heterodímeros TAS1R2+TAS1R3 e TAS1R1+TAS1R3, respetivamente. Por outro lado, o grupo de recetores do tipo 2 (TAS2Rs) é constituído por 25 membros que medeiam o sabor amargo e podem ser ativados por um único ou vários tipos de compostos. Apesar de inicialmente identificados nas papilas gustativas da cavidade oral, a expressão dos recetores do sabor tem vindo a ser reportada em diversos outros órgãos extraorais e também em vários tipos de cancro, onde a sua função tem sido associada a importantes funções biológicas, como a proliferação celular, apoptose, regulação do metabolismo da glicose, entre outros. O cancro permanece como um grande problema de saúde em todo o mundo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), estima-se que em 2020 tenham surgido 19.3 milhões de novos casos e 9.96 milhões de mortes causadas pelo cancro. Em 2040, estima-se que estes números aumentem mais de 40%, realçando a urgência na identificação de novos alvos terapêuticos para favorecer o prognóstico. Apesar dos grandes avanços na terapia do cancro, quase todos os fármacos utilizados na quimioterapia despoletam quimiorresistência, especialmente devido à sobre-expressão de transportadores de efluxo responsáveis pela extrusão dos compostos terapêuticos. Curiosamente, um dos potenciais mecanismos de regulação dos transportadores de efluxo envolve os TAS2Rs, pois muitos dos fármacos anticancerígenos ou coadjuvantes são compostos de sabor amargo, ligandos dos TAS2Rs. Por outro lado, também a reprogramação metabólica das células cancerosas, conhecida como efeito Warburg, está associada à quimiorresistência e a piores prognósticos. Esta alteração metabólica permite a proliferação e sobrevivência das células tumorais devido aos reduzidos níveis de oxigénio e elevada disponibilidade de glicose no microambiente tumoral, largamente assegurada pelo aumento de absorção de glicose e de glutamina pelas células. Curiosamente, o recetor do paladar do sabor doce (STR) já foi descrito como um importante sensor da disponibilidade de glicose e regulador do metabolismo glicolítico em diversas células e órgãos, nomeadamente em células de cancro colorretal. Neste contexto, o bloqueio do recetor do sabor doce poderá ter um importante papel na prevenção de absorção de glicose pelas células cancerosas e, como consequência, impedi-las de reprogramar o metabolismo para o efeito Warburg. O glioblastoma é um tumor cerebral de grau 4, segundo a classificação da OMS, devido à sua agressividade, invasividade e pouca diferenciação. É o glioma mais prevalente e compreende cerca de 16% dos tumores do sistema nervoso central, sendo por isso o tumor cerebral primário mais comum. O tratamento-padrão do glioblastoma consiste na remoção cirúrgica, seguida de rádio- e quimioterapia com temozolomida, e ainda medicação para o alívio dos sintomas neurológicos. No entanto, a recorrência deste tipo de tumores é ainda bastante elevada, devido não só à elevada proliferação, vascularização e infiltração das células cancerosas, mas também à existência da barreira hematoencefálica e do microambiente hipóxico, e à elevada resistência à rádio- e quimioterapia. As condições do microambiente tumoral também poderão determinar a preferência das células tumorais, incluindo as células de glioblastoma, pela glicólise ou fosforilação oxidativa, o que lhes permite uma rápida proliferação e sobrevivência. No geral, todos estes fatores contribuem para o mau prognóstico dos doentes com glioblastoma. Uma vez que os TAS2Rs são ativados por compostos amargos, incluindo muitos dos fármacos anticancerígenos ou coadjuvantes, surge a hipótese destes recetores estarem envolvidos no mecanismo de ação destas drogas, podendo assim ser utilizados como novos alvos terapêuticos para o glioblastoma. Para além disso, surge também a hipótese de que o bloqueio do STR desencadeie a reversão do efeito Warburg nas células de glioblastoma, uma vez que poderá iludir as células de que não há glicose disponível no meio, levando à sua morte por privação de glicose. Assim, o trabalho desenvolvido nesta tese de doutoramento teve como principal objetivo a análise da expressão dos recetores do paladar e vias de sinalização, particularmente dos recetores do sabor amargo e doce, em três linhas celulares de glioblastoma. Foi também analisado o potencial terapêutico destes dois tipos de recetor do paladar no glioblastoma. No primeiro trabalho de investigação, pretendeu-se caraterizar a relevância funcional dos recetores do sabor amargo no sentido de serem utilizados como novos alvos terapêuticos para o glioblastoma. Inicialmente foi possível identificar a presença de 19 transcritos de TAS2Rs nas linhas celulares de glioblastoma e ainda numa linha celular humana de astrócitos. As diferenças de expressão génica e proteica de 4 TAS2Rs em astrócitos e células de glioblastoma foram também analisadas. Adicionalmente, foi também validada a expressão dos TAS2Rs em cortes histológicos provenientes de biópsias humanas de glioblastoma. De forma a estudar a funcionalidade da via de sinalização do sabor amargo, nomeadamente a capacidade de as células de glioblastoma responderem ao quimioterápico temozolomida, realizaram-se estudos de Ca2+ imaging. O efeito da ativação dos TAS2Rs na resposta das células de glioblastoma à temozolomida, na presença ou ausência do conhecido antagonista probenecida, foi também avaliado. Adicionalmente, investigou-se o efeito do silenciamento de TAS2Rs específicos na resposta das células de glioblastoma à temozolomida, tendo sido demonstrado que os efeitos anticancerígenos da temozolomida nestas células é parcialmente mediado pela ativação dos TAS2Rs, particularmente pelo TAS2R43. Na segunda parte do trabalho de investigação apresentado nesta tese avaliou-se a relevância funcional do recetor do sabor doce no metabolismo da glicose das células de glioblastoma. À semelhança dos resultados anteriores, procedeu-se à identificação e análise dos níveis de expressão das subunidades do STR, TAS1R2 e TAS1R3, em linhas celulares e amostras histológicas humanas de glioblastoma. De seguida, analisou-se o efeito da inibição do STR na proliferação e apoptose das células de glioblastoma, tanto em normoxia como em condições de privação de glicose/oxigénio. Por fim, foi avaliado o efeito do STR na reprogramação metabólicas das células de glioblastoma através da medição da absorção da glicose e dos níveis de L-lactato extracelulares. Observou-se que a inibição do STR com lactisole, um inibidor específico da subunidade TAS1R3, reduziu a viabilidade e migração das células de glioblastoma, particularmente sob privação de glicose e oxigénio, limitando a absorção de glicose pelas células de glioblastoma. No conjunto, os resultados apresentados nesta tese de doutoramento permitiram evidenciar a potencialidade dos recetores dos sabores amargo e doce como possíveis alvos no tratamento do glioblastoma, como forma de contornar a quimiorresistência ou impedir a absorção de glicose necessária para a sobrevivência celular, no sentido de conseguir melhorar o prognóstico desta doença devastadora.
Nos mamíferos, o paladar é um sentido químico e consiste na perceção dos sabores amargo, doce, azedo, salgado ou umami, tendo início na cavidade oral, quando os alimentos ou outras substâncias contactam as papilas gustativas, originando respostas aversivas ou atrativas. Os recetores do sabor pertencem à superfamília dos recetores acoplados à proteína G correspondem a proteínas transmembranares que podem ser divididas nos tipos 1 e 2. Existem três subunidades de recetores do tipo 1 (TAS1Rs) que medeiam os sabores doce e umami através da formação dos heterodímeros TAS1R2+TAS1R3 e TAS1R1+TAS1R3, respetivamente. Por outro lado, o grupo de recetores do tipo 2 (TAS2Rs) é constituído por 25 membros que medeiam o sabor amargo e podem ser ativados por um único ou vários tipos de compostos. Apesar de inicialmente identificados nas papilas gustativas da cavidade oral, a expressão dos recetores do sabor tem vindo a ser reportada em diversos outros órgãos extraorais e também em vários tipos de cancro, onde a sua função tem sido associada a importantes funções biológicas, como a proliferação celular, apoptose, regulação do metabolismo da glicose, entre outros. O cancro permanece como um grande problema de saúde em todo o mundo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), estima-se que em 2020 tenham surgido 19.3 milhões de novos casos e 9.96 milhões de mortes causadas pelo cancro. Em 2040, estima-se que estes números aumentem mais de 40%, realçando a urgência na identificação de novos alvos terapêuticos para favorecer o prognóstico. Apesar dos grandes avanços na terapia do cancro, quase todos os fármacos utilizados na quimioterapia despoletam quimiorresistência, especialmente devido à sobre-expressão de transportadores de efluxo responsáveis pela extrusão dos compostos terapêuticos. Curiosamente, um dos potenciais mecanismos de regulação dos transportadores de efluxo envolve os TAS2Rs, pois muitos dos fármacos anticancerígenos ou coadjuvantes são compostos de sabor amargo, ligandos dos TAS2Rs. Por outro lado, também a reprogramação metabólica das células cancerosas, conhecida como efeito Warburg, está associada à quimiorresistência e a piores prognósticos. Esta alteração metabólica permite a proliferação e sobrevivência das células tumorais devido aos reduzidos níveis de oxigénio e elevada disponibilidade de glicose no microambiente tumoral, largamente assegurada pelo aumento de absorção de glicose e de glutamina pelas células. Curiosamente, o recetor do paladar do sabor doce (STR) já foi descrito como um importante sensor da disponibilidade de glicose e regulador do metabolismo glicolítico em diversas células e órgãos, nomeadamente em células de cancro colorretal. Neste contexto, o bloqueio do recetor do sabor doce poderá ter um importante papel na prevenção de absorção de glicose pelas células cancerosas e, como consequência, impedi-las de reprogramar o metabolismo para o efeito Warburg. O glioblastoma é um tumor cerebral de grau 4, segundo a classificação da OMS, devido à sua agressividade, invasividade e pouca diferenciação. É o glioma mais prevalente e compreende cerca de 16% dos tumores do sistema nervoso central, sendo por isso o tumor cerebral primário mais comum. O tratamento-padrão do glioblastoma consiste na remoção cirúrgica, seguida de rádio- e quimioterapia com temozolomida, e ainda medicação para o alívio dos sintomas neurológicos. No entanto, a recorrência deste tipo de tumores é ainda bastante elevada, devido não só à elevada proliferação, vascularização e infiltração das células cancerosas, mas também à existência da barreira hematoencefálica e do microambiente hipóxico, e à elevada resistência à rádio- e quimioterapia. As condições do microambiente tumoral também poderão determinar a preferência das células tumorais, incluindo as células de glioblastoma, pela glicólise ou fosforilação oxidativa, o que lhes permite uma rápida proliferação e sobrevivência. No geral, todos estes fatores contribuem para o mau prognóstico dos doentes com glioblastoma. Uma vez que os TAS2Rs são ativados por compostos amargos, incluindo muitos dos fármacos anticancerígenos ou coadjuvantes, surge a hipótese destes recetores estarem envolvidos no mecanismo de ação destas drogas, podendo assim ser utilizados como novos alvos terapêuticos para o glioblastoma. Para além disso, surge também a hipótese de que o bloqueio do STR desencadeie a reversão do efeito Warburg nas células de glioblastoma, uma vez que poderá iludir as células de que não há glicose disponível no meio, levando à sua morte por privação de glicose. Assim, o trabalho desenvolvido nesta tese de doutoramento teve como principal objetivo a análise da expressão dos recetores do paladar e vias de sinalização, particularmente dos recetores do sabor amargo e doce, em três linhas celulares de glioblastoma. Foi também analisado o potencial terapêutico destes dois tipos de recetor do paladar no glioblastoma. No primeiro trabalho de investigação, pretendeu-se caraterizar a relevância funcional dos recetores do sabor amargo no sentido de serem utilizados como novos alvos terapêuticos para o glioblastoma. Inicialmente foi possível identificar a presença de 19 transcritos de TAS2Rs nas linhas celulares de glioblastoma e ainda numa linha celular humana de astrócitos. As diferenças de expressão génica e proteica de 4 TAS2Rs em astrócitos e células de glioblastoma foram também analisadas. Adicionalmente, foi também validada a expressão dos TAS2Rs em cortes histológicos provenientes de biópsias humanas de glioblastoma. De forma a estudar a funcionalidade da via de sinalização do sabor amargo, nomeadamente a capacidade de as células de glioblastoma responderem ao quimioterápico temozolomida, realizaram-se estudos de Ca2+ imaging. O efeito da ativação dos TAS2Rs na resposta das células de glioblastoma à temozolomida, na presença ou ausência do conhecido antagonista probenecida, foi também avaliado. Adicionalmente, investigou-se o efeito do silenciamento de TAS2Rs específicos na resposta das células de glioblastoma à temozolomida, tendo sido demonstrado que os efeitos anticancerígenos da temozolomida nestas células é parcialmente mediado pela ativação dos TAS2Rs, particularmente pelo TAS2R43. Na segunda parte do trabalho de investigação apresentado nesta tese avaliou-se a relevância funcional do recetor do sabor doce no metabolismo da glicose das células de glioblastoma. À semelhança dos resultados anteriores, procedeu-se à identificação e análise dos níveis de expressão das subunidades do STR, TAS1R2 e TAS1R3, em linhas celulares e amostras histológicas humanas de glioblastoma. De seguida, analisou-se o efeito da inibição do STR na proliferação e apoptose das células de glioblastoma, tanto em normoxia como em condições de privação de glicose/oxigénio. Por fim, foi avaliado o efeito do STR na reprogramação metabólicas das células de glioblastoma através da medição da absorção da glicose e dos níveis de L-lactato extracelulares. Observou-se que a inibição do STR com lactisole, um inibidor específico da subunidade TAS1R3, reduziu a viabilidade e migração das células de glioblastoma, particularmente sob privação de glicose e oxigénio, limitando a absorção de glicose pelas células de glioblastoma. No conjunto, os resultados apresentados nesta tese de doutoramento permitiram evidenciar a potencialidade dos recetores dos sabores amargo e doce como possíveis alvos no tratamento do glioblastoma, como forma de contornar a quimiorresistência ou impedir a absorção de glicose necessária para a sobrevivência celular, no sentido de conseguir melhorar o prognóstico desta doença devastadora.
Description
Keywords
Via de sinalização do paladar Recetores de sabor amargo Recetor de sabor doce Glioblastoma Quimiorresistência Temozolomida TAS2R43 Metabolismo da glicose Efeito Warburg TAS1R3