Exploiting metabolic symbiosis among bladder cancer cells and cancer associated fibroblasts

Abstract

O carcinoma urotelial da bexiga (CUB) representa 90% dos casos de cancro de bexiga, sendo diagnosticado como não-músculo invasivo (CBNMI – associa-se a elevadas taxas de recidiva e progressão) ou músculo invasivo (CBMI – são frequentes metastização e resistência aos tratamentos sistémicos). Através do efeito de Warburg, células malignas oxidativas alteram o seu metabolismo para a glicólise aeróbica, resultando numa maior produção de lactato. O lactato desempenha um papel fulcral no processo de carcinogénese e no microambiente tumoral, onde células malignas e células do estroma, nomeadamente fibroblastos associados ao tumor (FAT), interagem através do efeito “Warburg reverso”; tal garante o fornecimento de lactato para as atividades metabólicas das células malignas oxidativas. Os transportadores de monocarboxilatos (MCT) 1 e 4, que permitem o influxo e efluxo de lactato (respetivamente), apresentam uma expressão aumentada nas células do CUB e nos FAT, associando-se à agressividade tumoral e à resistência às terapêuticas. O objetivo deste projeto foi estudar, através da utilização de modelos in vitro, a simbiose metabólica entre células de CUB sensíveis a cisplatina (SC)/resistentes a cisplatina (RC) e FAT, e explorar a inibição do transporte de lactato como uma eventual estratégia para interferir com esta simbiose. Observámos o aumento da produção de lactato em fibroblastos primários de bexiga (FPB) tratados com meio condicionado (MC) das linhas de CUB SC/RC, em comparação com as condições controlo. Usando uma abordagem inversa – tratamento de células de CUB com MC-FAT – a produção de lactato, a expressão de LDH-A e os níveis de ATP em células de CUB aumentaram após tratamento, mas o consumo de glucose não foi afetado. Desenvolvemos modelos 3D usando células de CUB e FBP, não obtendo no entanto conclusões consistentes. A inibição farmacológica do transporte de lactato com diclofenac em células de CUB resultou em menor viabilidade celular, migração e níveis de lactato, sendo que a capacidade de migração da linha celular RC foi mais afetada. As células de CUB tratadas com a combinação diclofenac+MC-FAT recuperaram a sua viabilidade, capacidade de migração e produção de lactato. Em conclusão, as células de CUB e os FAT interagem através de associações sinérgicas que induzem uma reprogramação metabólica em ambos. As consequências da inibição do transporte de lactato em células de CUB são revertidas por influência dos FAT, o que justifica a necessidade de estudos adicionais que visem a inibição do transporte de lactato nos FAT. Será também importante explorar o papel desta interação metabólica na resistência à cisplatina.

Urothelial bladder cancer (UBC), representing 90% of all bladder cancer cases, is primarily diagnosed as non-muscle-invasive (NMIBC) or muscle-invasive (MIBC) disease. High recurrence and progression rates characterize NMIBC, while MIBC frequently metastasizes and develops resistance to systemic treatments. “Warburg-adapted” glycolytic cancer cells switch their metabolism from oxidative phosphorylation to aerobic glycolysis, leading to increased lactate production. Lactate is a key player in carcinogenesis and in the tumor microenvironment, where cancer and stromal cells, namely cancer associated fibroblasts (CAF), can engage in the “Reverse Warburg effect”; this assures proper lactate supply for the metabolic activities of oxidative cancer cells. Monocarboxylate transporters (MCT) 1 and 4, by mediating lactate intake and outtake (respectively), are usually overexpressed in UBC cells and CAF, and associate with cancer aggressiveness and chemotherapy resistance. The main goal of this project was to study, in vitro tumor models, the metabolic symbiosis between cisplatin sensitive (CS) / cisplatin resistant (CR) UBC cells and CAF, and to explore lactate transport inhibition as a potential strategy to disrupt such symbiosis. We observed an increased lactate production by primary bladder fibroblasts (PBF) treated with conditioned medium (CM) from CS/CR UBC cells when compared to control conditions. Using an inverse approach – UBC cells’ treatment with CAF-CM – lactate production, LDH-A expression and ATP levels in UBC cells were higher upon treatment, mainly in the CR cell line, but glucose consumption was not affected. We then developed 3D models using both PBF and CS/CR UBC cell lines, however with did not obtain any consistent conclusion. Pharmacological inhibition of lactate transport in CS/CR UBC cell lines with diclofenac resulted in decreased cell viability, migration and extracellular lactate levels, being the migration abilities of the CR cell line more affected than in CS cells. UBC cells treated with diclofenac and CAF-CM combination recovered viability, migration abilities (mainly the CS cells) and lactate production (mainly the CR cells). In conclusion, it seems that UBC cells and CAF engage in synergistic associations that induce a metabolic reprogramming in both cell types. The functional effects of inhibiting lactate transport in UBC cells are reverted by CAF influence, which underpins that further studies aiming at inhibiting lactate transport on CAF should be developed. The role of this metabolic crosstalk on cisplatin resistance should also be further explored.