Adaptação e reprogramação metabólica em células de câncer de próstata sob acidose extracelular induzida

Abstract

As células malignas podem sofrer reprogramação metabólica para alterar seu metabolismo com base em alterações microambientais com o propósito de melhor adaptar e selecionar células mais agressivas. Estressores extrínsecos, como acidose, disponibilidade de nutrientes e baixos níveis de oxigênio, induzem uma coleção de respostas ao estresse celular que contribuem para o fenótipo metabólico distorcido das células tumorais e influenciam a progressão do tumor. O objetivo deste estudo foi avaliar as respostas celulares e moleculares, em especial o perfil bioenergético das células adaptadas à acidose extracelular induzida. As linhagens celulares de carcinoma prostático DU-145 e LNCaP foram adaptadas à acidose extracelular, o meio de cultura foi suplementado com reagentes tamponantes 25 mM de HEPES e PIPES e o pH ajustado para 7,4 (condição controle) ou 6,8 (condição de acidose). Após o período de adaptação as células foram avaliadas por ensaio celulares e moleculares. As linhagens foram consideradas adaptadas à acidose, pois suas taxas de crescimento coincidiam com as das células em meio padrão (pH 7,4) e diferiam da condição aguda (pH 6,8 agudo), que teve sua taxa reduzida. O cultivo em meio acidificado de forma crônica induziu a alterações morfológicas das células as quais apresentam um aspecto mais mesenquimal do que as expostas ao meio com pH 7,4. Os perfis bioenergéticos das células adaptadas ao meio ácido revelaram um aumento nas variáveis relacionadas ao consumo de oxigênio acoplado à ATP sintase, respiração máxima e capacidade reserva. Observou-se também o aumento da atividade mitocondrial das células de DU-145 expostas a acidose, através do aumento do potencial de membrana mitocondrial. Além disso, ambas as linhagens adaptadas ao meio ácido demonstraram uma sensibilização frente a inibidores metabólicos, diminuindo o IC50, bem como uma redução da viabilidade celular, o qual implica no efetivo direcionamento terapêutico desta categoria de drogas em células com tais fenótipos. Em comparação com células DU-145 cultivadas em meio com pH 7,4, as células adaptadas ao meio ácido apresentaram uma redução na expressão de genes relacionados à glicólise, enquanto as células expostas de forma aguda mostraram um aumento de tais genes. O aumento da sensibilidade aos inibidores metabólicos, sugerindo relação com a via glicolítica e o direcionamento de perfil oxidativo para células adaptadas ao meio ácido demonstram a relação da plasticidade do metabolismo e a reprogramação metabólica, visando o condicionamento de células mais adaptadas frente a condições estressoras do microambiente necessárias para a progressão tumoral.

Malignant cells can undergo metabolic reprogramming to alter their metabolism based on microenvironmental changes to better adapt and select cells more aggressive. Extrinsic stressors, such as acidosis, nutrient availability and low oxygen levels, induce a collection of responses to cellular stress that contribute to the distorted metabolic phenotype of tumor cells and influence tumor progression. This study aimed to evaluate cellular and molecular responses, especially the bioenergetic profile of cells adapted to induced extracellular acidosis. The DU-145 and LNCaP prostatic carcinoma cell lines were adapted to extracellular acidosis, the culture medium was supplemented with buffering reagents 25 mM HEPES and PIPES and the pH adjusted to 7.4 (control condition) or 6.8 (acidosis condition). After the adaptation period, the cells were evaluated by cellular and molecular assays. The cell lines were considered adapted to acidosis because their growth rates coincided with those of cells in a standard medium (pH 7.4) and differed from the acute condition (pH 6.8 acute), which had its rate reduced. Cultivation in a chronically acidified medium induced morphological changes in the cells, which have a more mesenchymal appearance than those exposed to the medium with pH 7.4. The bioenergetic profiles of cells adapted to the acidic environment revealed an increase in variables related to oxygen consumption coupled with ATP synthase, maximum respiration and reserve capacity. It was also observed an increase in the mitochondrial activity of DU-145 cells exposed to acidosis, by increasing the potential of the mitochondrial membrane. In addition, both strains adapted to the acid medium demonstrated sensitization to metabolic inhibitors, decreasing the GI50, as well as a reduction in cell viability, which implies the effective therapeutic targeting of this category of drugs in cells with such phenotypes. In comparison with DU-145 cells grown in medium with pH 7.4, cells adapted to the acid medium showed a reduction in the expression of genes related to glycolysis, while cells exposed in an acute way showed an increase in such genes. The increase in sensitivity to metabolic inhibitors, suggesting a relationship with the glycolytic pathway and targeting the oxidative profile to cells adapted to the acidic environment demonstrate the relationship between the plasticity of the metabolism and the metabolic reprogramming, aiming at conditioning cells more adapted to the stressful conditions of the microenvironment necessary for tumor progression.