Role of monocarboxylate transporters in solid tumours

• Author(s): Pinheiro, Céline
• Date: 2010
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/1822/11039
• Origin: RepositóriUM - Universidade do Minho
• Subject(s): 577.2; 616-006
• Document Type: Doctoral thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Baltazar, Fátima
• Contributor(s): Universidade do Minho

Description

Tese de doutoramento em Ciências da Saúde

Most solid tumours rely on glycolysis for energy production, even in conditions of high oxygen tension (‘‘aerobic glycolysis’’, also known as the Warburg effect), giving rise to enhanced lactate production. This lactate production is responsible for extracellular acidification, which, conditioning the tumour environment, favours tumour invasion and suppresses anticancer immune response. Transport of lactate across the plasma membrane is mediated by a family of protoncoupled monocarboxylate transporters (MCTs), which comprises 14 members. The isoforms MCT1-MCT4 are proton symporters that exhibit different affinities for lactate, leading to different levels of tissue expression. Since some MCT isoforms (especially MCT1 and MCT4) play a role in the intracellular pH homeostasis, by exporting the accumulating lactic acid, they are upregulated in glycolytic tumours, where high levels of lactate are produced, such as high grade gliomas, colorectal carcinomas and lung cancer. However, the role of MCTs in tumours is far from being well understood and their potential as therapeutic targets is poorly explored, being the main aim of this work to further elucidate the significance of MCT expression in solid tumours. Thus, MCTs expression and their clinic-pathological value were evaluated in human series of colorectal, cervical, gastric and breast carcinomas. Also, MCT regulation by chaperones was further investigated by analysing CD147 in cervical, gastric and breast carcinomas series, as well as performing a screening in colorectal, breast, lung and ovary tumour samples, where CD44 expression was evaluated, as a putative MCT chaperone, in addition to CD147. Finally, some in vitro studies were performed, to determine the contribution of MCTs to cancer cell metabolic profile and viability. Importantly, up-regulation of MCTs, in particular MCT1, was found in colorectal, cervical and breast carcinomas, but not in gastric carcinomas, which, in fact, showed a decrease of MCT4 along towards malignancy. Also, MCT1 was associated with poor prognosis, especially in breast carcinomas, as well as in gastric carcinoma where MCT1/CD147 co-expression was associated with poorer patient prognostic. Also, as anticipated, CD147 was found to be co-expressed with both MCT1 and MCT4 in the large series studied (cervical, gastric and breast carcinomas). In the tumour screening, CD44 was only associated with MCT1 in lung cancer, however, series were very small and some results warrant further attention. Finally, the in vitro studies showed a CHCinduced inhibition of cell proliferation in human breast cancer cell lines that was, in some cases, accompanied by metabolic alterations. In conclusion, the results presented in this thesis have an important impact on the comprehension of MCT contribution to malignant phenotype and pave the way for further studies aiming to the development of cancer therapies directed to MCTs.

A maioria dos tumores sólidos depende da glicólise para produção de energia, mesmo em condições de alta pressão parcial de oxigénio (“glicólise aeróbia”, também conhecida como o efeito de Warburg), dando origem a uma maior produção de lactato. Esta produção de lactato é responsável pela acidificação extracelular, o que condiciona o ambiente do tumor, favorecendo a invasão tumoral e a supressão da resposta imune contra o tumor. O transporte de lactato através da membrana plasmática é mediado pelos transportadores de monocarboxilatos (MCTs), que pertencem a uma família composta actualmente por 14 membros. O transporte mediado pelas isoformas MCT1-MCT4 é um simporte com protões e cada isoforma possui afinidade distinta para o lactato, apresentando uma distribuição diferente nos vários tecidos. Uma vez que algumas isoformas (especialmente o MCT1 e o MCT4) desempenham um papel na homeostasia intracelular, ao exportar o ácido láctico acumulado, está descrito um aumento destas isoformas em alguns tumores glicolíticos, onde são produzidos níveis elevados de lactato, como seja em gliomas de alto grau, carcinomas colorectais e cancro do pulmão. No entanto, o papel dos MCTs em tumores está longe de ser completamento elucidado e o seu potencial como alvo terapêutico ainda se encontra pouco explorado, sendo o objectivo principal deste trabalho caracterizar o papel dos MCTs em tumores sólidos. Assim, a expressão e valor clínico-patológico dos MCTs foram avaliados em séries humanas de carcinoma colorectal, do colo do útero, do estômago e da mama. Para além disso, a regulação dos MCTs por proteínas chaperonas foi investigada, analisando a expressão da CD147 nas séries de carcinoma do colo do útero, do estômago e da mama, assim como a realização de um estudopiloto onde a expressão da CD44, outra possível chaperone dos MCTs, foi avaliada em tumores colorectais, da mama, do pulmão e do ovário, para além da CD147. Finalmente, alguns estudos in vitro foram realizados de modo a elucidar a contribuição dos MCTs para o perfil metabólico e viabilidade das células tumorais. De notar que um aumento na expressão dos MCTs, em particular do MCT1, foi encontrado nos carcinomas colorectal, do colo do útero e de mama, mas não nos carcinomas gástricos, que, na realidade, mostraram uma diminuição do MCT4 com o aumento da malignidade. Além disso, a expressão do MCT1 foi associada a um pior prognóstico, em especial nos carcinomas da mama, assim como no carcinoma gástrico, onde a co-expressão do MCT1 com a CD147 foi associada a um pior prognóstico do paciente. Como antecipado, a CD147 estava co-expressa quer com o MCT1 quer com o MCT4, quando avaliado nas séries de maior dimensão (carcinomas do colo uterino, gástrico e da mama). No estudo-piloto, a CD44 estava associada apenas com o MCT1 no cancro do pulmão, no entanto, o tamanho das séries era muito reduzido e alguns dos resultados obtidos merecem ser explorados no futuro. Finalmente, os estudos in vitro mostraram que o tratamento com CHC induz uma inibição da proliferação celular em linhas celulares de tumor da mama, a qual foi, em alguns casos, acompanhada por alterações metabólicas. Em conclusão, os resultados apresentados nesta tese têm um grande impacto na compreensão da contribuição dos MCTs para o fenótipo maligno e abrem caminho para estudos posteriores que visem ao desenvolvimento de terapias anti-tumorais direccionadas aos MCTs.

Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) - bolsa de doutoramento SFRH/BD/27465/2006, projecto “Monocarboxylate transporters as potential therapeutic targets in cancer: inhibition studies in solid tumor models”, com a referência PTDC/SAU-FCF/104347/2008.