Sự không đồng nhất trong chuyển hóa glucose ở các dòng tế bào glioma ác tính ở người và chuột

Journal of Neuro-Oncology - Tập 74 - Trang 123-133 - 2005
Corinne E. Griguer1, Claudia R. Oliva1, G. Yancey Gillespie1
1Department of Surgery, University of Alabama at Birmingham, Birmingham, USA

Tóm tắt

Nghiên cứu hiện tại đã xem xét các dấu hiệu sinh năng lượng cụ thể liên quan đến kiểu hình chuyển hóa của một số dòng tế bào glioma ở người và chuột. Dựa trên các nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi giả thuyết rằng các tế bào glioma sẽ biểu hiện một trong ít nhất hai kiểu hình chuyển hóa khác nhau, có thể đã được tích lũy qua quá trình tiến hóa. Các dòng tế bào glioma D-54MG và GL261 thể hiện kiểu hình phụ thuộc vào phosphorylation oxy hóa (OXPHOS), đặc trưng bởi khả năng sống sót lâu dài dưới tình trạng thiếu glucose, và dung nạp thấp đối với sự ngộ độc của chuỗi truyền điện tử (ETC). Ngược lại, các tế bào glioma U-251MG và U-87MG thể hiện kiểu hình phụ thuộc vào glycolysis với OXPHOS chức năng. Những tế bào này cho thấy dung nạp thấp đối với tình trạng thiếu glucose và kháng lại một chất ức chế ETC. Hơn nữa, những tế bào này có thể được cứu trong các điều kiện glucose thấp bằng các chất nền oxy hóa (ví dụ: lactate, pyruvate). Cuối cùng, hai kiểu hình này có thể được phân biệt bởi sự biểu hiện khác nhau của các isoform LDH. Các tế bào phụ thuộc vào OXPHOS biểu hiện cả hai isoform LDH-A và -B trong khi các tế bào glioma phụ thuộc vào glycolysis chỉ biểu hiện LDH-B. Trong trường hợp sau, LDH-B được mong đợi là thiết yếu cho việc sử dụng lactate ngoại bào để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. Những quan sát này đặt ra khả năng rằng sự không đồng nhất trong chuyển hóa glucose và, đặc biệt, sự biểu hiện duy nhất của LDH-B, có thể xác định một dấu hiệu sinh học quan trọng của các tế bào glioma, điều này rất quan trọng cho sự tiến triển của chúng và có thể tạo ra một mục tiêu mới cho các thuốc chống ung thư.

Từ khóa

#glioma #metabolic phenotype #oxidative phosphorylation #glycolysis #lactate dehydrogenase

Tài liệu tham khảo

J. Pines (1995) ArticleTitleCyclins, CDKs and cancer Semin Cancer Biol 6 63–72 Occurrence Handle10.1006/scbi.1995.0009 Occurrence Handle7647308

O. Warburg (1956) ArticleTitleOn the origin of cancer cells Science 123 309–314 Occurrence Handle13298683

O Owen S Kalhan R. Hanson (2002) ArticleTitleThe key role of anaplerosis and cataplerosis for citric acid cycle function J Biol Chem 277 30409–30412 Occurrence Handle10.1074/jbc.R200006200 Occurrence Handle12087111

K Kato T Ogura A Kishimoto Y Minegishi N Nakajima M Miyazaki H. Esumi (2002) ArticleTitleCritical roles of AMP-activated protein kinase in constitutive tolerance of cancer cells to nutrient deprivation and tumor formation Oncogene 21 6082–6090 Occurrence Handle10.1038/sj.onc.1205737 Occurrence Handle12203120

H Zhu H. Bunn (1999) ArticleTitleOxygen sensing and signaling: impact on the regulation of physiologically important genes Respir Physiol 115 239–247 Occurrence Handle10.1016/S0034-5687(99)00024-9 Occurrence Handle10385037

G. Semenza (1999) ArticleTitlePerspectives on oxygen sensing Cell 98 281–284 Occurrence Handle10.1016/S0092-8674(00)81957-1 Occurrence Handle10458603

C Dang G. Semenza (1999) ArticleTitleOncogenic alterations of metabolism Trends Biochem Sci 24 68–72 Occurrence Handle10.1016/S0968-0004(98)01344-9 Occurrence Handle10098401

K Zaman H Ryu D Hall K O’Donovan K Lin M Miller J Marquis J Baraban G Semenza R. Ratan (1999) ArticleTitleProtection from oxidative stress-induced apoptosis in cortical neuronal cultures by iron chelators is associated with enhanced DNA binding of hypoxia-inducible factor-1 and ATF-1/CREB and increased expression of glycolytic enzymes, p21[waf1/cip1], and erythropoietin J Neurosci 19 9821–9830 Occurrence Handle10559391

P Carmeliet Y Dor J Herbert D Fukumura K Brusselmans M Dewerchin M Neeman F Bono R Abramovitch P Maxwell C Koch P Ratcliffe L Moons R Jain D Collen E Keshert E. Keshet (1998) ArticleTitleRole of HIF-1alpha in hypoxia-mediated apoptosis, cell proliferation and tumour angiogenesis Nature 394 485–490

J Knisely S. Rockwell (2002) ArticleTitleImportance of hypoxia in the biology and treatment of brain tumors Neuroimaging Clin N Am 12 525–536 Occurrence Handle10.1016/S1052-5149(02)00032-1 Occurrence Handle12687909

A da Rocha D Mans A Regner G. Schwartsmann (2002) ArticleTitleTargeting protein kinase C: new therapeutic opportunities against high-grade malignant gliomas? Oncologist 7 17–33 Occurrence Handle10.1634/theoncologist.7-1-17 Occurrence Handle11854544

A Jacobs C Dittmar A Winkeler G Garlip W. Heiss (2002) ArticleTitleMolecular imaging of gliomas Mol Imaging 1 309–335 Occurrence Handle10.1162/153535002321093936 Occurrence Handle12926228

T. Mosmann (1983) ArticleTitleRapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays J Immunol Methods 65 55–63 Occurrence Handle6606682

R Medina M Meneses J Vera C Guzman F Nualart F Rodriguez M Garcia S Kato N Espinoza C Monso A Carvajal M Pinto G. Owen (2004) ArticleTitleDifferential regulation of glucose transporter expression by estrogen and progesterone in Ishikawa endometrial cancer cells J Endocrinol 182 467–478 Occurrence Handle10.1677/joe.0.1820467 Occurrence Handle15350188

L Aleksandrov X Mengos A Chang M Aleksandrov J. Riordan (2001) ArticleTitleDifferential interactions of nucleotides at the two nucleotide binding domains of the Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator J Biol Chem 276 12918–12923 Occurrence Handle10.1074/jbc.M100515200 Occurrence Handle11279083

C. Skory (2000) ArticleTitleIsolation and expression of lactate dehydrogenase genes from Rhizopus oryzae Appl Environ Microbiol 66 2343–2348 Occurrence Handle10.1128/AEM.66.6.2343-2348.2000 Occurrence Handle10831409

PS Brookes A Pinner A Ramachandran L Coward S Barnes H Kim VM. Darley-Usmar (2002) ArticleTitleHigh throughput two-dimensional blue-native electrophoresis: a tool for functional proteomics of mitochondria and signaling complexes Proteomics 2 969–977 Occurrence Handle10.1002/1615-9861(200208)2:8<969::AID-PROT969>3.0.CO;2-3 Occurrence Handle12203892

JD Bradley Y Kataoka S Advani SM Chung RB Arani GY Gillespie RJ Whitley JM Markert B Roizman RR. Weichselbaum (1999) ArticleTitleIonizing radiation improves survival in mice bearing intracranial high-grade gliomas injected with genetically modified herpes simplex virus Clin Cancer Res 5 1517–1522 Occurrence Handle10389941

S Andreansky L Soroceanu ER Flotte J Chou JM Markert GY Gillespie B Roizman RJ. Whitley (1997) ArticleTitleEvaluation of genetically engineered herpes simplex viruses as oncolytic agents for human malignant brain tumors Cancer Res 15 1502–1509

SS Andreansky B He GY Gillespie L Soroceanu J Markert J Chou B Roizman RJ. Whitley (1996) ArticleTitleThe application of genetically engineered herpes simplex viruses to the treatment of experimental brain tumors Proc Natl Acad Sci USA 93 IssueID21 11313–1138 Occurrence Handle10.1073/pnas.93.21.11313 Occurrence Handle8876132

SA. Baldwin (1993) ArticleTitleMammalian passive glucose transporters: members of an ubiquitous family of active and passive transport proteins Biochim Biophys Acta 1154 17–49 Occurrence Handle8507645

RA. Swanson (1992) ArticleTitleAstrocyte glutamate uptake during chemical hypoxia in vitro Neurosci Lett 147 143–146 Occurrence Handle10.1016/0304-3940(92)90580-Z Occurrence Handle1362805

H Acker G Holtermann B Bolling J. Carlsson (1992) ArticleTitleInfluence of glucose on metabolism and growth of rat glioma cells [C6] in multicellular spheroid culture Int J Cancer 52 279–285 Occurrence Handle1521914

G Semenza D Artemov A Bedi Z Bhujwalla K Chiles D Feldser E Laughner R Ravi J Simons P Taghavi H. Zhong (2001) ArticleTitleThe metabolism of tumours: 70 years later Novartis Found Symp 240 251–260 Occurrence Handle11727934

T Preston A Abadi L Wilson G. Singh (2001) ArticleTitleMitochondrial contributions to cancer cell physiology: potential for drug development Adv Drug Deliv Rev 49 45–61 Occurrence Handle10.1016/S0169-409X(01)00127-2 Occurrence Handle11377802

G Helmlinger F Yuan M Dellian R. Jain (1997) ArticleTitleInterstitial pH and pO2 gradients in solid tumors in vivo: high-resolution measurements reveal a lack of correlation Nat Med 3 177–182 Occurrence Handle10.1038/nm0297-177 Occurrence Handle9018236

A Tomida J Yun T. Tsuruo (1996) ArticleTitleGlucose-regulated stresses induce resistance to camptothecin in human cancer cells Int J Cancer 68 391–396 Occurrence Handle10.1002/(SICI)1097-0215(19961104)68:3<391::AID-IJC19>3.0.CO;2-B Occurrence Handle8903483

J Brown A. Giaccia (1998) ArticleTitleThe unique physiology of solid tumors: opportunities [and problems] for cancer therapy Cancer Res 58 1408–1416 Occurrence Handle9537241

E. Racker (1972) ArticleTitleBioenergetics and the problem of tumor growth Am Sci 60 56–63 Occurrence Handle4332766

S Mathupala A Rempel P. Pedersen (1997) ArticleTitleAberrant glycolytic metabolism of cancer cells: a remarkable coordination of genetic, transcriptional, post-translational, and mutational events that lead to a critical role for type II hexokinase J Bioenerg Biomembr 29 339–343 Occurrence Handle10.1023/A:1022494613613 Occurrence Handle9387094

M. Hatanaka (1974) ArticleTitleTransport of sugars in tumor cell membranes Biochim Biophys Acta 355 77–104 Occurrence Handle4371599

G Bell C Burant J Takeda G. Gould (1993) ArticleTitleStructure and function of mammalian facilitative sugar transporters J Biol Chem 268 19161–19164 Occurrence Handle8366068

A. Carruthers (1990) ArticleTitleFacilitated diffusion of glucose Physiol Rev 70 1135–1176 Occurrence Handle2217557

C. Masters (1984) ArticleTitleInteractions between glycolytic enzymes and components of the cytomatrix J Cell Biol 99 222s–225s Occurrence Handle10.1083/jcb.99.1.222s Occurrence Handle6746730

G. Semenza (2001) ArticleTitleHypoxia-inducible factor 1: control of oxygen homeostasis in health and disease Pediatr Res 49 614–617 Occurrence Handle11328942

J Firth B Ebert C Pugh P. Ratcliffe (1994) ArticleTitleOxygen-regulated control elements in the phosphoglycerate kinase 1 and lactate dehydrogenase A genes: similarities with the erythropoietin 3′ enhancer Proc Natl Acad Sci USA. 91 6496–6500 Occurrence Handle8022811

B Ebert J Gleadle J O’Rourke S Bartlett J Poulton P. Ratcliffe (1996) ArticleTitleIsoenzyme-specific regulation of genes involved in energy metabolism by hypoxia: similarities with the regulation of erythropoietin Biochem J 313 809–814 Occurrence Handle8611159

M Koukourakis A Giatromanolaki E. Sivridis (2003) ArticleTitleumour and Angiogenesis Research Group. Lactate dehydrogenase isoenzymes 1 and 5: differential expression by neoplastic and stromal cells in non-small cell lung cancer and other epithelial malignant tumors Tumour Biol 24 199–202 Occurrence Handle10.1159/000074430 Occurrence Handle14654714

M Subhash B Rao S. Shankar (1993) ArticleTitleChanges in lactate dehydrogenase isoenzyme pattern in patients with tumors of the central nervous system Neurochem Int 22 121–124 Occurrence Handle10.1016/0197-0186(93)90004-O Occurrence Handle8439765

M Peoch G Duc ParticleLe A Trayaud R Farion J Bas ParticleLe B Pasquier C. Remy (1999) ArticleTitleuantification and distribution of neovascularization following microinjection of C6 glioma cells in rat brain Anticancer Res. 19 3025–3030 Occurrence Handle10652587

G. Duc ParticleLe M. Peoch C. Remy O. Charpy R. Muller J. Bas ParticleLe M. Decorps (1999) ArticleTitleUse of T[2]-weighted susceptibility contrast MRI for mapping the blood volume in the glioma-bearing rat brain Magn Reson Med 42 754–761 Occurrence Handle10.1002/(SICI)1522-2594(199910)42:4<754::AID-MRM18>3.0.CO;2-Q Occurrence Handle10502765

R Hilf W Rector R. Orlando (1976) ArticleTitleMultiple molecular forms of lactate dehydrogenase and glucose 6-phosphate dehydrogenase in normal and abnormal human breast tissues Cancer 37 1825–1830 Occurrence Handle177177

A Rosado H Morris S. Weinhouse (1969) ArticleTitleLactate dehydrogenase subunits in normal and neoplastic tissues of the rat Cancer Res 29 1673–1680 Occurrence Handle5822477

H Shim C Dolde B Lewis C Wu G Dang R Jungmann R Dalla-Favera C. Dang (1997) ArticleTitlec-Myc transactivation of LDH-A: implications for tumor metabolism and growth Proc Natl Acad Sci USA 94 6658–6663 Occurrence Handle10.1073/pnas.94.13.6658 Occurrence Handle9192621

D Derda M Miles J Schweppe R. Jungmann (1980) ArticleTitleCyclic AMP regulation of lactate dehydrogenase. Isoproterenol and N6O2-’-dibutyryl cyclic AMP increase the levels of lactate dehydrogenase-5 isozyme and its messenger RNA in rat C6 glioma cells J Biol Chem 255 11112–11121 Occurrence Handle6160145

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Neuro-Oncology

Tập 74

123-133

Thông tin tác giả