Biotecnologie Per La Medicina Molecolare - 39 Ciclo

Le cellule tumorali modificano il loro metabolismo per soddisfare le richieste bioenergetiche, biosintetiche e redox, necessarie per il mantenimento di cellule altamente proliferanti. Tuttavia, la riprogrammazione metabolica delle cellule tumorali crea vulnerabilità metaboliche che possono essere colpite da un punto di vista terapeutico. 

I tumori solidi possono presentare una varietà di cambiamenti metabolici caratteristici, tra cui l'aumento della glicolisi aerobica, l'aumento della sintesi de novo di acidi grassi, il consumo di glutammina, uno squilibrio del metabolismo ossidativo, che contribuiscono collettivamente alla rapida crescita e proliferazione delle cellule tumorali fornendo energia e materie prime per la biosintesi di macromolecole. 

I meccanismi di adattamento metabolico alterano l'equilibrio dei processi sia anabolici che catabolici come la glicolisi, la fosforilazione ossidativa (OXPHOS), la glutaminolisi, l'ossidazione dei lipidi e la sintesi di lipidi/nucleotidi/proteine, in un modo che dipende dai livelli di nutrienti disponibili, dai livelli di energia, dalla concentrazione di ossigeno in un microambiente ostile influenzato dalla competizione di crescita e/o dalla pressione terapeutica. 

Fino a poco tempo fa la ricerca si è concentrata su come le mutazioni individuali o le alterazioni del numero di copie del DNA infuiscono sul metabolismo del tumore e creano opportunità terapeutiche. 

Leucemie e gliomi con mutazioni nell'isocitrato deidrogenasi (IDH) sono sensibili agli inibitori mutanti dell'IDH; i tumori con delezioni del gene che codifica per la metiltioadenosina fosforilasi sono sensibili alla deplezione di cisteina; i tumori con delezione di p53 sono sensibili alla deplezione di serina; le leucemie con bassa espressione di asparagina sintetasi o con inibizione della catena di trasporto degli elettroni sono sensibili alla deplezione di asparagina; I tumori RAS-dipendenti sono sensibili alla deplezione di metionina. Altri studi hanno identificato vulnerabilità metaboliche correlate all'equilibrio redox nelle cellule tumorali con disregolazione del pathway PI3K/AKT o sovraespressione dell'antiporter L-glutammato/L-cistina SLC7A11. 

Un recente lavoro eseguito su un pannello di 689 linee cellulari tumorali ha rappresentato la prima caratterizzazione del panorama delle vulnerabilità delle vie metaboliche nelle linee cellulari tumorali. Joly JH e colleghi hanno identificato le vulnerabilità metaboliche, integrando i dati di espressione genica con i dati di screening della perdita di funzione genetica e i dati di screening farmacologici. In questo lavoro, l'attività delle vie metaboliche è stata dedotta dai dati di espressione genica di 689 linee di cellule tumorali sovrapposte tra la Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) e la Cancer Dependency Map utilizzando un set di geni a campione singolo analisi di arricchimento (ssGSEA) dei dati RNAseq da ciascuna linea cellulare normalizzata a tutte le altre linee cellulari (punteggi di arricchimento normalizzati, ssNESs). 

Ricerca proposta 

L'obiettivo generale del progetto è quello di eseguire una caratterizzazione completa delle attività delle vie metaboliche nei tumori di pazienti reclutati in modo prospettico affetti da carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC), carcinoma del colon-retto (CRC), carcinoma ovarico (OC), Cancro al seno (BC) e identificare le corrispondenti vulnerabilità metaboliche. 

Questo obiettivo sarà perseguito applicando una pipeline bio-informatica recentemente implementata per l'analisi di linee cellulari e adattata per l'analisi di dati tumorali (Metabolic Pathway and Dependency Algorithm, MeDPA) (nostri risultati preliminari non pubblicati). 

L'algoritmo verrà applicato ai pazienti reclutati per il progetto per determinare le attività delle vie metaboliche sia attraverso l'analisi dell'espressione genica che la misurazione della concentrazione dei metaboliti nei fluidi e/o nei campioni bioptici. 

L'attività delle vie metaboliche sarà successivamente validata negli organoidi stabiliti dagli stessi pazienti e le dipendenze metaboliche dei tumori saranno dedotte dall'algoritmo MeDPA. 

Infine, le dipendenze metaboliche dei tumori saranno validate in colture selezionate di organoidi sulla base delle dipendenze metaboliche identificate, studiando gli effetti di specifici farmaci mirati al metabolismo sulla proliferazione cellulare e/o sulla sopravvivenza negli organoidi.