Une étude récente publiée dans la revue Nature ont identifié le ribose dérivé de l’uridine comme carburant de l’adénocarcinome canalaire pancréatique (PDA) dans des conditions de glucose restreint.
Le microenvironnement tumoral PDA (TME) est caractérisé par une infiltration abondante de cellules immunitaires, une expansion de fibroblastes stromaux et un dépôt de matrice extracellulaire. Cela entraîne une augmentation de la pression du liquide interstitiel et l’effondrement des capillaires et des artérioles, qui contribuent collectivement à une mauvaise saturation en oxygène, à des aberrations métaboliques, à une hétérogénéité au niveau cellulaire et à une résistance thérapeutique. Les cellules PDA dans un TME aussi extrême s’adaptent pour augmenter leurs capacités cataboliques et de piégeage.
Étude : Le ribose dérivé de l’uridine alimente le cancer du pancréas restreint en glucose. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
L’étude et les conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné l’impact des métabolites sur l’activité des lignées cellulaires pancréatiques dans des conditions de restriction nutritionnelle. Tout d’abord, ils ont utilisé une plateforme de criblage phénotypique sur deux lignées cellulaires pancréatiques non malignes et 19 lignées cellulaires PDA pour examiner la capacité des cellules à métaboliser plus de 175 nutriments dans des conditions de restriction nutritionnelle.
Cette analyse a révélé l’utilisation de plusieurs métabolites sous privation de glucose à des niveaux comparables à ceux du contrôle positif. La plupart des lignées cellulaires utilisaient l’uridine, l’adénosine et d’autres sucres. Ensuite, l’équipe a évalué la corrélation entre les schémas d’utilisation des métabolites et l’expression des gènes associés.
L’expression de l’uridine phosphorylase 1 (UPP1) était corrélée au métabolisme de l’uridine. Cette paire métabolite-gène a été étudiée plus avant car l’uridine était utilisée par toutes les cellules PDA, et cela n’a pas été exploré dans le contexte de la PDA. La corrélation a ensuite été validée par des analyses d’ARNm et de protéines. L’utilisation de l’adénosine et de l’inosine n’était pas corrélée avec UPP1 expression.
En outre, les lignées cellulaires PDA ont été triées en métaboliseurs élevés ou faibles d’uridine. UPP1 était le gène principal des métaboliseurs élevés de l’uridine. L’endocytose et plusieurs voies liées au système immunitaire ou inflammatoires ont été régulées positivement chez les métaboliseurs de l’uridine élevée. De plus, UPP1-les tumeurs PDA élevées ont montré une expression élevée des gènes de la glycolyse.
UPP1-les lignées cellulaires et les tumeurs à haute teneur en PDA présentaient une régulation négative des voies métaboliques, telles que le métabolisme du glutathion, des acides gras et des acides aminés. Ensuite, les chercheurs ont étudié l’activité de l’uridine et du glucose équimolaires. L’uridine et le glucose ont alimenté le métabolisme de manière similaire dans quatre lignées cellulaires de PDA.
Ils ont également observé un potentiel de réduction cellulaire accru lors de la supplémentation en uridine et ont émis l’hypothèse que le ribose dérivé de l’uridine pourrait être recyclé pour soutenir le potentiel de réduction. En tant que tel, le ribose a été ajouté aux cellules privées de glucose. Comme l’uridine, la supplémentation en ribose a alimenté le potentiel réducteur.
Les chercheurs ont complété une lignée cellulaire UPP1-low ou -high avec de l’uridine dans un état privé de glucose et ont appliqué une analyse métabolomique basée sur la chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS). Ils ont trouvé des intermédiaires glycolytiques supérieurs, une sécrétion de lactate, un cycle d’acide tricarboxylique (TCA), de l’uridine et des dérivés d’acides aminés dans les lignées cellulaires UPP1-high et UPP1-low.
En outre, l’équipe a suivi le devenir métabolique de l’uridine isotopiquement marquée à l’aide de LC-MS. Ils ont noté le marquage de l’uridine diphosphate (UDP) ou du triphosphate (UTP), de l’adénine monophosphate (AMP), du diphosphate (ADP) ou du triphosphate (ATP), de la nicotine adénine dinucléotide (NAD+), les acides aminés non essentiels (sérine, glutamate et aspartate), le glutathion oxydé et les intermédiaires de la glycolyse, du cycle TCA et de la biosynthèse de l’hexosamine.
Ensuite, les chercheurs ont éliminé UPP1 dans une lignée cellulaire UPP1-low ou -high et ont observé que la capacité de l’uridine à sauver la bioénergétique cellulaire était abolie en l’absence de glucose. L’élimination de l’UPP1 a largement modifié le métabolome cellulaire dans les deux lignées cellulaires. Le recyclage du ribose dérivé de l’uridine a également été bloqué dans les cellules assommées.
Les chercheurs ont observé une expression accrue de UPP1 dans les ensembles de données PDA publics par rapport aux échantillons non tumoraux. Notamment, ils ont constaté qu’une expression élevée d’UPP1 prédisait de mauvais résultats de survie dans trois des quatre cohortes de patients analysées. De plus, l’équipe a déterminé que le PDA avec un homologue oncogène viral du sarcome du rat Kirsten mutant (KRAS), c’est-à-dire KRASG12Dprésentaient des niveaux accrus d’UPP1.
L’équipe a en outre testé le rôle du mutant KRAS sur l’expression de UPP1 à l’aide de données publiées sur des puces à ADN provenant d’un modèle PDA de souris KRAS inductible par la doxycycline (iKRAS). Ils ont découvert que le mutant KRAS favorisait UPP1 expression in vivo dans un modèle de xénogreffe sous-cutanée et in vitro dans les lignées cellulaires iKRAS PDA. Ils ont découvert que l’inhibition de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK) réduisait les niveaux de transcription et de protéines de l’UPP1 et supprimait le catabolisme de l’uridine.
Étant donné que la disponibilité du glucose a influencé l’utilisation du ribose dérivé de l’uridine, les chercheurs ont émis l’hypothèse que l’épuisement du glucose dans le TME pourrait déclencher la PDA pour réguler à la hausse UPP1. En effet, l’élimination du glucose a fortement induit la régulation à la hausse de UPP1, ce qui suggère que la privation de nutriments dans la signalisation TME et KRAS-MAPK pourrait être responsable de l’augmentation de l’expression de UPP1. Les chercheurs ont ensuite créé des modèles knock-out d’UPP1 dans deux lignées de cancer du pancréas de souris syngéniques.
Le profilage métabolomique a révélé une accumulation intracellulaire d’uridine et une diminution de l’uracile extracellulaire et intracellulaire, ce qui correspond à l’inhibition du catabolisme de l’uridine. De plus, le traçage isotopique a démontré que l’élimination de l’UPP1 limitait l’utilisation de l’uridine pour alimenter le métabolisme central du carbone. L’implantation de ces lignées cellulaires knock-out UPP1 dans le pancréas d’hôtes syngéniques a considérablement réduit la croissance tumorale.
conclusion
En résumé, les chercheurs ont découvert que les cellules PDA utilisaient l’uridine comme source de nutriments dans les conditions de privation de glucose et de signalisation KRAS-MAPK. Ils ont également illustré que le ribose libéré de l’uridine alimentait l’énergétique et l’anabolisme dans les cellules PDA. L’utilisation accrue de nucléosides dans des conditions limitant les nutriments soutient l’idée que la compétition métabolique pourrait contribuer à l’immunosuppression et à la progression tumorale. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent un nouvel axe métabolique pour la thérapie PDA.
