DR5 Up-Regulation Induced by Dichloroacetate Sensitizes Tumor Cells to Lipid Nanoparticles Decorated with TRAIL

Cancer resistance to treatments is a challenge that researchers constantly seek to overcome. For instance, TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a potential good prospect as an anti-cancer therapy, as it attacks tumor cells but not normal cells. However, treatments based in soluble TRAIL provided incomplete clinical results and diverse formulations have been developed to improve its bioactivity. In previous works, we generated a new TRAIL formulation based in its attachment to the surface of unilamellar nanoliposomes (LUV-TRAIL). This formulation greatly increased apoptosis in a wide selection of tumor cell types, albeit a few of them remained resistant. On the other hand, it has been described that a metabolic shift in cancer cells can also alter its sensitivity to other treatments. In this work, we sought to increase the sensitivity of several tumor cell types resistant to LUV-TRAIL by previous exposure to the metabolic drug dichloroacetate (DCA), which forces oxidative phosphorylation. Results showed that DCA + LUV-TRAIL had a synergistic effect on both lung adenocarcinoma A549, colorectal HT29, and breast cancer MCF7 cells. Despite DCA inducing intracellular changes in a cell-type specific way, the increase in cell death by apoptosis was clearly correlated with an increase in death receptor 5 (DR5) surface expression in all cell lines. Therefore, DCA-induced metabolic shift emerges as a suitable option to overcome TRAIL resistance in cancer cells

Efecto del metabolismo glucídico sobre la supervivencia y proliferación de los tumores

Cuando una célula normal del organismo se convierte en tumoral, ésta sufre una amplia remodelación metabólica. Entre otros cambios, las células tumorales cambian su forma de obtener energía, pasando de realizar la respiración aerobia a la anaerobia. Esto es conocido como el “efecto Warburg”. En los últimos años, se está empezando a utilizar este cambio metabólico como diana contra el cáncer. En este trabajo, se ha estudiado el metabolismo glucídico del cáncer a través de dos aproximaciones. Por una parte, se ha utilizado el dicloroacetato (DCA), fármaco que fuerza a las células a realizar la fosforilación oxidativa mitocondrial, como agente sensibilizador de líneas celulares de distintos orígenes frente a la acción citotóxica de TRAIL unido a liposomas o de ibrutinib. Por otra parte, se ha caracterizado la funcionalidad de la cadena de transporte electrónico mitocondrial (mETC) y su influencia en el metabolismo glucolítico de la línea celular L929dt, derivada de la línea de fibroblasto de ratón L929, que sufrió un proceso espontáneo de pérdida de adhesión a la placa de cultivo. Los resultados muestran que el DCA es capaz de sinergizar con los fármacos utilizados en las líneas celulares ensayadas. Además de esto, las células L929dt presentan una disminución en la incorporación del complejo I de la mETC en supercomplejos, lo cual reduce su capacidad respiratoria y las hace sensibles al DCA

Mecanismo de la muerte celular inducida por inhibición del metabolismo energético en células de mieloma múltiple

La oncogénesis es un proceso mediante el cual una célula normal se convierte en célula tumoral, con capacidad de proliferación descontrolada y posibilidad de formar un tumor maligno. Entre las múltiples alteraciones que sufre una célula tumoral, cabe destacar las variaciones en el metabolismo energético, ya que las células tumorales utilizan la glucólisis para obtener energía incluso en presencia de oxígeno, lo que se conoce como “Efecto Warburg”. Esta característica resulta interesante para generar estrategias terapéuticas contra el cáncer y por ello, en este trabajo se pretende evaluar el potencial que tiene el bloqueo del metabolismo energético para la terapia antitumoral. Para ello, las estrategias seguidas consisten en la búsqueda de efectos sinérgicos entre fármacos metabólicos (ritonavir, metformina y 2-deoxiglucosa) y fármacos quimioterápicos dirigidos contra las células del mieloma (carfilzomib y Byl-719). Los resultados obtenidos muestran que ritonavir, un fármaco inhibidor de la proteasa del VIH y bloqueante del transportador de glucosa GLUT4, sinergiza con carfilzomib, un inhibidor del proteasoma, potenciando el efecto del mismo en las líneas celulares ensayadas. Por otro lado, se aprecia un ligero efecto sumatorio entre la acción de 2-deoxiglucosa, un fármaco inhibidor de la glucólisis, y Byl-719, fármaco emergente para el tratamiento del mieloma que inhibe selectivamente la ruta de la fosfoinositol 3-quinasa (PI3K). De forma que, en ambos casos se obtienen mayores niveles de muerte celular en las células tratadas con la combinación de fármacos que con los fármacos por separado. Asimismo, al analizar la expresión de proteínas anti-apoptóticas en diferentes condiciones, se observa un aumento de Bcl-2 y Mcl-1, lo que podría estar relacionado con un mecanismo de resistencia de las células ante a los cambios inducidos en el metabolismo energético

Metabolismo glucídico de los tumores y distintas aproximaciones de terapia antitumoral

La remodelación del metabolismo energético es una de las características biológicas que presentan las células tumorales, pasando de obtener energía a través de la fosforilación oxidativa a obtenerla mediante la fermentación láctica, incluso en presencia de oxígeno, fenómeno conocido como efecto Warburg. Este hecho puede ser aprovechado para emplearlo como diana antitumoral, mediante el uso de fármacos metabólicos. En este trabajo, por una parte, se han utilizado los fármacos dicloroacetato (DCA) y metformina para sensibilizar a tumores de origen hematológico a la acción citotóxica de linfocitos T citotóxicos (CTL) y células NK expandidas y activadas in vitro. El DCA susceptibiliza a la acción de eCTL y eNK a las células de mieloma múltiple MM.1S, que expresan p53 wild type, pero en las células de leucemia linfocítica crónica de tipo B (B-CLL) Mec-1 WT y Mec-1 Bcl-xL, que expresan p53 mutado, el efecto es el contrario. La susceptibilización de las células MM.1S en este caso depende del aumento en la expresión de ICAM-1, así como del aumento en la expresión de DR5 y de la acción de TRAIL en el caso de las eNK. La metformina, por su parte, susceptibiliza a las células Mec-1 WT y Mec-1 Bcl-xL a la acción de eNK y eCTL, pero no así a las células MM.1S. La susceptibilización en este caso depende de la línea celular y de la célula efectora, viéndose implicados LFA-1-ICAM-1, TRAIL y sus receptores y el sistema PD-1-PD-L1. El DCA también fue capaz de sensibilizar a tumores hematológicos, tanto in vitro como en muestras de pacientes de B-CLL, a la acción del fármaco ibrutinib, un inhibidor de la tirosina quinasa de Bruton. Además de esto, se ha estudiado la correlación entre el metabolismo glucídico de los tumores y su agresividad usando como modelo la línea celular L929dt, derivada del fibroblasto de ratón L929, que sufrió un proceso espontáneo de pérdida de adhesión a la placa de cultivo. Los resultados demuestran que los defectos en las mitocondrias de las células L929dt les conducen a una remodelación completa de su metabolismo, favoreciendo la pérdida de la adhesión, la resistencia al estrés oxidativo y un mayor fenotipo tumorigénico y metastásico.<br /

Efecto de fármacos metabólicos sobre la capacidad anti-tumoral de células inmunitarias.

En los últimos años, los fármacos metabólicos dicloroacetato (DCA) y metformina han ganado relevancia como agentes anti-tumorales gracias a su capacidad de interferir en el metabolismo energético tumoral. Asimismo, estudios previos han demostrado que estos fármacos pueden actuar contra el cáncer como agentes sensibilizadores a tratamientos de inmunoterapia, entre los que se halla la Terapia Celular Adoptiva (ACT). No obstante, su efecto directo sobre las propias células inmunitarias no se ha explorado en profundidad en la literatura. Por ello, este trabajo se ha centrado en los efectos directos de ambos fármacos sobre la proliferación y capacidad citotóxica de diversas células inmunitarias: células Natural Killer (NK) y Linfocitos T Citotóxicos (CTL) aisladas a partir de expansiones de células mononucleares en sangre periférica (eCTL, eNK), así como la línea celular NK-92.A partir de dichas expansiones, se pudieron obtener células eNK y eCTL con capacidad citotóxica sobre tumores. En los ensayos in vitro realizados, la incubación con el fármaco metformina afectó negativamente tanto a la proliferación de eCTL y eNK como a la capacidad citotóxica de las células eNK. Por su parte, el fármaco DCA no tuvo efecto negativo sobre la proliferación celular y permitió aumentar considerablemente la capacidad citotóxica de las eCTL, incluso frente a una línea celular de leucemia resistente a la apoptosis (Mec-1 Bcl-xL). En el caso de las células NK-92, que mostraron alta capacidad citotóxica ya desde ratios célula efectora:diana reducidos, la incubación con fármacos metabólicos no reportó efectos positivos ni en su crecimiento ni en su capacidad citotóxica frente a tumores. De manera general, los resultados de este estudio permiten enfatizar que el uso de fármacos metabólicos no solamente afecta a la población de células neoplásicas, sino también al crecimiento y al potencial anti-tumoral de las células inmunitarias que la combaten.<br /

How hot can mitochondria be? Incubation at temperatures above 43 °C induces the degradation of respiratory complexes and supercomplexes in intact cells and isolated mitochondria

Mitochondrial function generates an important fraction of the heat that contributes to cellular and organismal temperature maintenance, but the actual values of this parameter reached in the organelles is a matter of debate. The studies addressing this issue have reported divergent results: from detecting in the organelles the same temperature as the cell average or the incubation temperature, to increasing differences of up to 10 degrees above the incubation value. Theoretical calculations based on physical laws exclude the possibility of relevant temperature gradients between mitochondria and their surroundings. These facts have given rise to a conundrum or paradox about hot mitochondria. We have examined by Blue-Native electrophoresis, both in intact cells and in isolated organelles, the stability of respiratory complexes and supercomplexes at different temperatures to obtain information about their tolerance to heat stress. We observe that, upon incubation at values above 43 °C and after relatively short periods, respiratory complexes, and especially complex I and its supercomplexes, are unstable even when the respiratory activity is inhibited. These results support the conclusion that high temperatures (>43 °C) cause damage to mitochondrial structure and function and question the proposal that these organelles can physiologically work at close to 50 °C

PT-112 Induces Mitochondrial Stress and Immunogenic Cell Death, Targeting Tumor Cells with Mitochondrial Deficiencies

PT-112 is a novel pyrophosphate–platinum conjugate, with clinical activity reported in advanced pretreated solid tumors. While PT-112 has been shown to induce robust immunogenic cell death (ICD) in vivo but only minimally bind DNA, the molecular mechanism underlying PT-112 target disruption in cancer cells is still under elucidation. The murine L929 in vitro system was used to test whether differential metabolic status alters PT-112’s effects, including cell cytotoxicity. The results showed that tumor cells presenting mutations in mitochondrial DNA (mtDNA) (L929dt and L929dt cybrid cells) and reliant on glycolysis for survival were more sensitive to cell death induced by PT-112 compared to the parental and cybrid cells with an intact oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway (L929 and dtL929 cybrid cells). The type of cell death induced by PT-112 did not follow the classical apoptotic pathway: the general caspase inhibitor Z-VAD-fmk did not inhibit PT-112-induced cell death, alone or in combination with the necroptosis inhibitor necrostatin-1. Interestingly, PT-112 initiated autophagy in all cell lines, though this process was not complete. Autophagy is known to be associated with an integrated stress response in cancer cells and with subsequent ICD. PT-112 also induced a massive accumulation of mitochondrial reactive oxygen species, as well as changes in mitochondrial polarization—only in the sensitive cells harboring mitochondrial dysfunction—along with calreticulin cell-surface exposure consistent with ICD. PT-112 substantially reduced the amount of mitochondrial CoQ10 in L929 cells, while the basal CoQ10 levels were below our detection limits in L929dt cells, suggesting a potential relationship between a low basal level of CoQ10 and PT-112 sensitivity. Finally, the expression of HIF-1α was much higher in cells sensitive to PT-112 compared to cells with an intact OXPHOS pathway, suggesting potential clinical applications

Mutations in the ND2 subunit of mitochondrial complex I are sufficient to confer increased tumorigenic and metastatic potential to cancer cells

Multiprotein complexes of the mitochondrial electron transport chain form associations to generate supercomplexes. The relationship between tumor cell ability to assemble mitochondrial supercomplexes, tumorigenesis and metastasis has not been studied thoroughly. The mitochondrial and metabolic differences between L929dt cells, which lost matrix attachment and MHC-I expression, and their parental cell line L929, were analyzed. L929dt cells have lower capacity to generate energy through OXPHOS and lower respiratory capacity than parental L929 cells. Most importantly, L929dt cells show defects in mitochondrial supercomplex assembly, especially in those that contain complex I. These defects correlate with mtDNA mutations in L929dt cells at the ND2 subunit of complex I and are accompanied by a glycolytic shift. In addition, L929dt cells show higher in vivo tumorigenic and metastatic potential than the parental cell line. Cybrids with L929dt mitochondria in L929 nuclear background reproduce all L929dt properties, demonstrating that mitochondrial mutations are responsible for the aggressive tumor phenotype. In spite of their higher tumorigenic potential, L929dt or mitochondrial L929dt cybrid cells are sensitive both in vitro and in vivo to the PDK1 inhibitor dichloroacetate, which favors OXPHOS, suggesting benefits for the use of metabolic inhibitors in the treatment of especially aggressive tumors

The metabolism of cells regulates their sensitivity to NK cells depending on p53 status

Leukemic cells proliferate faster than non-transformed counterparts. This requires them to change their metabolism to adapt to their high growth. This change can stress cells and facilitate recognition by immune cells such as cytotoxic lymphocytes, which express the activating receptor Natural Killer G2-D (NKG2D). The tumor suppressor gene p53 regulates cell metabolism, but its role in the expression of metabolism-induced ligands, and subsequent recognition by cytotoxic lymphocytes, is unknown. We show here that dichloroacetate (DCA), which induces oxidative phosphorylation (OXPHOS) in tumor cells, induces the expression of such ligands, e.g. MICA/B, ULBP1 and ICAM-I, by a wtp53-dependent mechanism. Mutant or null p53 have the opposite effect. Conversely, DCA sensitizes only wtp53-expressing cells to cytotoxic lymphocytes, i.e. cytotoxic T lymphocytes and NK cells. In xenograft in vivo models, DCA slows down the growth of tumors with low proliferation. Treatment with DCA, monoclonal antibodies and NK cells also decreased tumors with high proliferation. Treatment of patients with DCA, or a biosimilar drug, could be a clinical option to increase the effectiveness of CAR T cell or allogeneic NK cell therapies

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