Reprogramação metabólica em células de câncer de pulmão induzida por butirato de sódio : estudos sobre a fisiologia mitocondrial e bioenergética - Amoêdo, Nivea Dias (UFRJ, 2010)
[PT] O fenótipo comum observado em células tumorais, aumento na via glicolítica e produção de lactato, mesmo na presença de altas tensões de oxigênio, foi descrito por Otto Warburg há aproximadamente 90 anos. As células tumorais possuem um crescimento acelerado que normalmente é acompanhado por uma reprogramação no metabolismo. Esta, acarreta maior atividade de vias metabólicas visando aumentar a taxa de produção de ATP, reduzindo o estresse oxidativo, mantendo assim a homeostase energética essencial para o desenvolvimento do tumor. A identificação de alvos passíveis de modular a utilização de glicose constitui um caminho importante na busca do tratamento do câncer. Nesse sentido, diferentes moléculas vêm sendo descritas como moduladores de enzimas que ocupam funções centrais no metabolismo energético. Recentemente alguns trabalhos tem mostrado que inibidores de histona desacetilase (HDACi) podem alterar o metabolismo energético. Neste contexto, nós investigamos se o butirato de sódio (NaB), um HDACi, altera o metabolismo energético em células de câncer de pulmão (H460) expostas a 10mM NaB por 24 horas. Nossos resultados mostram, que nessas condições experimentais, as células apresentam uma redução no fluxo glicolítico aqui representado pela produção de lactato e um decréscimo da expressão de GLUT. Por outro lado a atividade da enzima hexocinase associada a mitocôndria aumentou após o tratamento com NaB. Nenhuma alteração foi notada na atividade das enzimas piruvato cinase e lactato desidrogenase, sugerindo que o aumento na atividade da enzima hexocinase parece não estar relacionado a modulação do fluxo glicolítico.Resultados com respirometria de alta resolução mostraram um aumento na taxa de consumo de oxigênio acoplado a síntese de ATP, indicando um aumento no metabolismo oxidativo. A morfologia mitocondrial, caracterizada por microscopia eletrônica, mostrou um aumento na mitocôndria das células tratadas e este resultado pode ser associado à fusão mitocondrial uma vez que observamos um aumento na expressão de mRNA da mitofusina I. Esses conjunto de resultados sugerem que o NaB induz alterações no metabolismo energético das células H460. Sendo observado um aumento na função mitocondrial e um aumento no metabolismo oxidativo que reflete uma reprogramação metabólica levando a um fenótipo menos proliferativo. Além disso, resultados semelhantes foram observados com as células H460 tratadas com tricostatina A, outro HDACi sugerindo um efeito relacionado a atividade de inibidor de desacetilação. Uma caracterização detalhada desses efeitos parece ser essencial para o desenvolvimento de uma eficiente terapia contra o câncer.[EN] The classic bioenergetic phenotype of cancer cells, an enhanced glycolysis with concomitant production of lactate even in the presence of high oxygen tensions, was described by Otto Warburg approximately 90 years ago. Tumor cells are characterized by accelerated growth, usually accompanied by a metabolic reprogramming that up-regulates pathways that ultimately increase the rate of ATP production. These changes result in distinct bioenergetic phenotypes. Keeping the energy homeostasis is essential for the control of tumor development. The identification of metabolic targets linked to the modulation of glucose utilization might provide useful information, which could contribute to the treatment of cancer. Accordingly, several small molecules have been used to modulate target enzymes/proteins which occupy central roles in cancer metabolism. Besides, some works have shown that histone deacetylases inhibitors (HDACi) can change metabolic pathways. In this context we investigated whether sodium butyrate (NaB), a histone deacetylase inhibitor, alters the energy metabolism in lung cancer cells (H460) and if these effects are related to the differentiation and growth arrest phenotype observed in cells exposed to 10mM NaB for 24 hours. We show that in this experimental condition, cells display reduced glycolytic flux, indicated by lactate production. Furthermore, treatment with NaB led to a decrease in GLUT1 mRNA expression. Hexokinase activity increase after NaB treatment and was shown to be mitochondria-associated. No alteration was observed in other glycolytic enzymes such as lactate dehydrogenase and pyruvate kinase, suggesting that the increase in the hexokinase activity seems to be unrelated to the modulation of glycolytic flux.Results with highresolution respirometry after NaB treatment showed an increased oxidative metabolism leading to increased rates of oxygen consumption coupled to ATP synthesis. Mitochondria morphology, characterized by electron microscopy, presented an increased size in treated cells and this results can be associated to mitochondrial fusion since we have detected an increase in mitofusin mRNA. These results show alterations on the energetic metabolism of H460 cells after treatment with 10 mM NaB for 24 hours. An increase in mitochondrial function and enhanced oxidative metabolism was observed in these cells. Therefore, NaB treatment is accompanied by a metabolic reprogramming towards a less proliferative cellular phenotype. Similar effects are observed in H460 cells after Trichostatin A, another histone deacetylase inhibitor, treatment. We believe a detailed characterization of these effects might reveal new potential targets for the development of more efficient therapies against cancer.