Role of RKIP protein in the modulation of lung cancer cell metabolism

Abstract

Os tumores sólidos são caracterizados por uma dependência exacerbada de glucose, sendo a reprogramação metabólica das células tumorais considerada um hallmark do cancro. Hoje é sabido que esta reprogramação em tumores é frequentemente controlada e induzida pela ativação oncogénica de vias de sinalização celular. O cancro do pulmão, é um exemplo clássico dos tipos tumorais em que já foi identificada uma alta frequência de mutações oncogénicas, cujo papel na ativação aumentada de vias de sinalização celular, está mais que estabelecido. A complexa maquinaria de ativação concomitante de várias vias de sinalização celular tem sido associada à aquisição de um fenótipo metabólico altamente heterogéneo. Desta forma, o uso da reversão metabólica como abordagem terapêutica torna-se muito mais complexa, sendo necessário a contínua investigação na procura de novas moléculas que possam estar envolvidas nesta reprogramação metabólica heterogénica. A proteína supressora tumoral RKIP, alterada em vários tipos tumorais como o cancro de pulmão, é funcionalmente uma proteína sinalizadora intracelular impactante na agressividade tumoral, através da regulação de várias vias de sinalização celular, que entre outras, podem controlar o metabolismo tumoral. Assim, juntamente com o conhecimento de que a RKIP poderá estar diretamente associada a alterações metabólicas, surge-nos a hipótese de que a RKIP pode ser uma das proteínas subjacentes à heterogeneidade metabólica em cancro do pulmão. Para explorar e validar a nossa hipótese, começamos por fazer uma análise in silico, utilizando a base de dados TCGA, para determinar se existe uma assinatura molecular de vias metabólicas associadas à expressão de RKIP, em pacientes com adenocarcinoma pulmonar. Ademais, foi primeiramente realizada a caracterização metabólica dos modelos in vitro escolhidos para o estudo, a fim posteriormente manipular geneticamente a expressão da RKIP e determinar quais as alterações metabólicas especificamente associadas à RKIP. De forma geral, observamos in silico que a RKIP está associada à alteração de expressão de genes, proteínas e vias de sinalização mais relacionadas com fosforilação oxidativa do que glicólise. Funcionalmente, a manipulação genética da RKIP alterou principalmente os padrões de expressão de proteínas metabólicas, e discretamente os níveis de glucose e lactato in vitro, indicando de uma forma geral que a RKIP inibe o metabolismo glicolítico. Em conclusão, os nossos resultados forneceram as primeiras provas funcionais de que a RKIP poderá de facto modular o metabolismo celular em cancro do pulmão, abrindo uma enorme janela para trabalhos futuros.

Solid tumours are characterized by an exorbitant glucose metabolism, being tumour cell metabolic reprogramming now considered a hallmark of cancer. Oncogenic signalling has been linked to metabolic rewiring of cancer cells. Lung cancer in specific, is often driven by mutations that lead to oncogenic activation of tyrosine kinases, known to produce metabolic alterations in tumour cells. Growing evidence suggest that tumour cells acquire heterogeneous metabolic phenotypes to withstand the hindrances associated to tumour growth and progression, which makes the search for novel players in tumour metabolic reprogramming of most importance. As a stablish tumour suppressor, RKIP downregulation has been associated with tumoral aggressiveness and patient’s poor prognosis, in several tumour types, including lung cancer. Being a master regulator of several intracellular signalling pathways, together with recent findings suggesting that RKIP could potentially be associated with alterations in tumour cell metabolism, RKIP arises to us as one of the potential proteins behind cancer metabolic heterogeneity. which give support to our hypothesis. Therefore, it was herein aimed to explore RKIP role as a modulator of lung cancer metabolism. First, using the TCGA database, an in silico analysis was performed to determine whether there is a RKIP-associated metabolic signature in lung cancer patients. Further, it was performed a metabolic characterization of the in vitro models chosen for the work, in order to genetically manipulate their RKIP expression and determine the specific RKIP-associated metabolic changes. In general, we observed that RKIP is significantly associated with alterations in metabolism-related genes and signalling pathways involved in the regulation of metabolic processes, both at mRNA and protein level. Specifically, RKIP expression is positively correlated with oxidative phosphorylation-related genes, and inversely with glycolysis-related genes, in lung adenocarcinoma patients. Functionally, we found that, although not significant, RKIP genetic manipulation in vitro led to some metabolic alterations, mainly in the expression patterns of metabolic proteins, but also in glucose and lactate levels, which in general indicate that RKIP leads to inhibition of glycolytic metabolism. In conclusion, our results provided the first functional evidence that RKIP could in fact modulate lung cancer cell metabolism and opened a huge window for future work.