Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha de lectura: 14-02-2020Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 14-08-2021Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), the fourth leading cause of cancer death,
has a 5-year survival rate of approximately 9% and is expected to become the second
most lethal tumor by the year 2030. These alarming statistics can be attributed to the
high metastatic and chemoresistant capacity of this tumor, and the ineffectiveness of
conventional therapies to provide long-term progression-free survival (> 5 years). The
latter is believed to be due, in large part, to the existence of a “stem”-like subpopulation
of cells within the tumor known as cancer stem cells (CSCs), which have inherent
plasticity, have been experimentally shown to be the initiators of the primary tumor, are
able to evade chemotherapy, remain quiescent and metastasize to distant organs. To
better understand the biology and plasticity of pancreatic CSCs, with the ultimate goal of
eliminating them, we have initiated studies to dissect these cells at the molecular level.
Metabolic adaptation is believed to be one of the hallmarks of cancer cells.
Interestingly, we published that against established dogma, pancreatic CSCs have a
metabolism dependent on oxidative mitochondrial phosphorylation (OXPHOS) in contrast
to non-CSCs, which depend on glycolytic metabolism (Warburg effect). Using this
discovery to our advantage, we have developed a novel 2D in vitro system for long term
enrichment of pancreatic CSCs that is amenable to drug screening and CSC-specific
studies. Specifically, in the presence of galactose we can establish long-term 2D cultures
of primary PDX-derived PDAC cultures enriched in PaCSCs. Compared to glucose, ATP
yield from galactose is slower. Thus, due to ATP yield differences, non-PaCSCs cannot
survive in galactose, while OXPHOS-dependent PaCSCs survive and become enriched.
Moreover, under galactose condition, we show that primary PDAC cells are highly plastic,
present an enrichment in CSC biomarkers and pluripotency-associated genes, enter into
a slow-cycling/quiescent stage, increase mitochondrial networks and OXPHOS activity
and are more invasiveness in vivo, the latter being due, in part, to the modulation of
immune evasion markers, an aspect of PaCSCs biology that has been poorly studied to
date.
In summary, this novel cell culture system could be potentially used to screen for
novel CSC-specific inhibitors as well as new compounds directed towards cancer cell
metabolism, an area of research that is gaining considerable attention, and based on the
correlation observed with immune evasion, may synergize with immunotherapeutic
approaches for improved and long-lasting antitumor outcomesEl adenocarcinoma ductal de páncreas (PDAC), la cuarta causa principal de muerte
por cáncer, tiene una tasa de supervivencia a 5 años de aproximadamente el 9% y se
espera que se convierta en el segundo tumor más letal para el año 2030. Estas
alarmantes estadísticas pueden atribuirse a la alta capacidad metastásica y
quimiorresistencia de este tumor y la ineficacia de las terapias convencionales, las cuales
no proporcionan una supervivencia a largo plazo (> 5 años). Se cree que esto último se
debe a la existencia de una subpoblación de células "madre" dentro del tumor conocida
como células madre de cáncer (CSCs), las cuales poseen una plasticidad intrínseca, son
las iniciadoras del tumor primario, pueden evadir la quimioterapia, permanecer inactivas
y metastatizar en órganos distales. Para comprender mejor la biología y la plasticidad de
las CSC pancreáticas hemos iniciado estudios para diseccionar estas células a nivel
molecular.
Se cree que la adaptación metabólica es una de las características de las células
tumorales. En 2015 publicamos que las CSC pancreáticas tienen un metabolismo
basado en la fosforilación oxidativa (OXPHOS) en comparación con las no CSCs, que
dependen de un metabolismo glucolítico (efecto Warburg). Utilizando como ventaja este
descubrimiento, hemos desarrollado un novedoso sistema 2D in vitro basado en la
utilización de galactosa como fuente de carbono para el enriquecimiento a largo plazo
de CSC pancreáticas, lo que nos servirá para el estudio de nuevos fármacos y
características específicas de las CSC. En comparación con el uso de glucosa, la
obtención de ATP a partir de galactosa es más lento. Por lo tanto, las no PaCSC no
pueden sobrevivir en presencia de galactosa como única fuente de carbono, mientras
que las PaCSC dependientes de OXPHOS sobreviven y se enriquece su población.
Además, en condiciones de galactosa, las células son altamente plásticas, presentan un
enriquecimiento en biomarcadores CSC, son más quiescentes, aumentan las redes
mitocondriales, la actividad OXPHOS y son más invasivas in vivo, esto último debido, en
parte, a la modulación de los marcadores de evasión inmune, un aspecto de la biología
de las PaCSCs que ha sido poco estudiado hasta la fecha.
En resumen, este nuevo sistema podría usarse potencialmente para detectar nuevos
inhibidores de CSC y compuestos dirigidos hacia el metabolismo y la inmuno-evasión de
las células tumorales, un área de investigación que está recibiendo una considerable
atención actualment