Molecular mechanisms underlying multidrug resistance phenotype in cancer cells: targeting cellular bioenergetics and pH regulation

Abstract

Avaliar a influência do perfil de expressão proteica e da biologia do cancro nas características das células tumorais é ainda um desafio em aberto. Um exemplo é a aquisição do fenótipo de multirresistência a fármacos (Multidrug resistance, MDR), comummente observado durante o tratamento do cancro, que está com frequência associado ao aumento da atividade de bombas de efluxo como a Glicoproteína P (Pgp). No entanto, muitos outros fatores poderão estar igualmente envolvidos neste fenótipo. As células tumorais quimioresistentes apresentam frequentemente elevadas taxas de glicólise, mesmo na presença de oxigénio, um fenómeno conhecido por “Efeito de Warburg” e que está envolvido na malignidade da célula tumoral. A reversão do gradiente de pH está também associada a esta vantagem adaptativa e à quimiorresistência, sendo responsável por uma alcalinização citoplasmática e por uma acidificação extracelular. A compreensão das bases moleculares do cancro envolvidas na resistência a fármacos pode ter um papel relevante na descoberta de novas estratégias capazes de reverter este fenótipo, permitindo a aplicação de tratamentos mais eficazes. No presente estudo, foi avaliado o papel de mecanismos envolvidos no fenótipo MDR, adicionais à expressão da Pgp, nomeadamente a alteração do microambiente tumoral e do metabolismo energético, assim como a influência de reguladores de pH, nomeadamente da ATPase vacuolar (V-ATPase), na aquisição deste fenótipo. Para a execução destes objectivos, utilizaram-se como modelos de estudo duas linhas celulares de cancro de mama, MCF-7 e MDA-MB-231, e uma linha celular de adenocarcinoma do intestino, HCT-15. As três linhas celulares foram expostas a dois fármacos convencionais utilizados commumente em regimes de quimioterapia, nomeadamente o paclitaxel, agente antimitótico e a doxorrubicina, agente alquilante. Os resultados obtidos mostraram que a linha celular MCF-7 apresentou maior sensibilidade quando exposta a ambos os compostos, com um IC50 inferior comparativamente às linhas HCT-15 e MDA-MB-231. Esta diferente sensibilidade poderá estar correlacionada com os níveis de expressão das proteinas Pgp e V-ATPase nas linhas celulares em estudo. As linhas celulares MDA-MB-231 e HCT-15 apresentam maior expressão da V-ATPase, enquanto a Pgp apenas se encontra expressa na linha tumoral HCT-15, mais resistente. A regulação do gradiente de pH é crucial para a agressividade apresentada pelo tumor, nomeadamente na capacidade de migração e na aquisição de multirresistência a fármacos. Assim, foi avaliado neste trabalho o papel da acidificação extracelular nestes parâmetros. Os resultados demonstraram que uma acidificação do pH extracelular conduziu ao aumento da capacidade migratória e da resistência das células tumorais aos fármacos em estudo (paclitaxel e doxorrubicina), principalmente na linha celular MCF-7. Adicionalmente, a inibição do regulador de pH V-ATPase (pela concanamina A) na linha celular MDA-MB-231, levou a um aumento na sensibilidade das células a ambos os fármacos e a uma diminuição acentuada da capacidade migratória. Estes resultados demonstram a importância da regulação do pH na aquisição de um fenótipo tumoral mais agressivo. Paralelamente ao estudo da influência do pH extracelular, o papel da alteração metabólica das células tumorais no fenótipo MDR foi também avaliado. Para tal, as três linhas celulares tumorais foram tratadas com os seguintes moduladores metabólicos: iodoacetato, 2- desoxiglucose, dicloroacetato e carbonil cianeto m-clorofenil hidrazona, atuando em diferentes alvos energéticos das células tumorais. O efeito destes compostos no perfil metabólico das células foi avaliado, nomeadamente pela medição do conteúdo de ATP celular e do lactato extracelular, assim como na citotoxicidade ao paclitaxel e à doxorubicina. De facto, a utilização destes moduladores, atuando nas principais vias energéticas das células tumorais, levaram a uma elevada depleção de ATP e a uma alteração na produção de lactato na maioria dos casos, acopladas a uma diminuição da resistência aos agentes antitumorais. Esta depleção de ATP poderá levar à inativação de bombas dependentes de ATP envolvidas no fenótipo MDR, nomeadamente a Pgp e a V-ATPase estudadas neste trabalho. Na sua globalidade, os resultados obtidos no decorrer deste trabalho sugerem que a utilização de compostos que tenham como alvo o metabolismo energético das células tumorais, ou modificadores do pH característico do microambiente tumoral, poderão ser utilizados com sucesso como co-adjuvantes na quimioterapia convencional.