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May 05, 2023

Uridina

Nature volume 618, pages

Natura volume 618, pagine 151–158 (2023) Citare questo articolo

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L'adenocarcinoma duttale pancreatico (PDA) è una malattia letale notoriamente resistente alla terapia1,2. Ciò è mediato in parte da un microambiente tumorale complesso3, da una bassa vascolarizzazione4 e da aberrazioni metaboliche5,6. Sebbene il metabolismo alterato guidi la progressione del tumore, lo spettro dei metaboliti utilizzati come nutrienti dal PDA rimane in gran parte sconosciuto. Qui abbiamo identificato l'uridina come combustibile per il PDA in condizioni di deprivazione di glucosio valutando come più di 175 metaboliti abbiano influenzato l'attività metabolica in 21 linee cellulari pancreatiche sotto restrizione di nutrienti. L'utilizzo dell'uridina è fortemente correlato con l'espressione dell'uridina fosforilasi 1 (UPP1), che dimostriamo libera il ribosio derivato dall'uridina per alimentare il metabolismo centrale del carbonio e quindi supportare l'equilibrio redox, la sopravvivenza e la proliferazione nelle cellule PDA limitate dal glucosio. Nel PDA, UPP1 è regolato dalla segnalazione KRAS-MAPK ed è aumentato dalla restrizione dei nutrienti. Coerentemente, i tumori esprimevano un’UPP1 elevata rispetto ai tessuti non tumorali e l’espressione di UPP1 era correlata con una scarsa sopravvivenza in coorti di pazienti con PDA. L'uridina è disponibile nel microambiente tumorale e abbiamo dimostrato che il ribosio derivato dall'uridina viene attivamente catabolizzato nei tumori. Infine, la delezione di UPP1 ha limitato la capacità delle cellule PDA di utilizzare l'uridina e ha ridotto la crescita del tumore in modelli murini immunocompetenti. I nostri dati identificano l'utilizzo dell'uridina come un importante processo metabolico compensatorio nelle cellule PDA private di nutrienti, suggerendo un nuovo asse metabolico per la terapia PDA.

Il PDA rimane uno dei tumori più mortali1,2. Il microambiente tumorale del PDA (TME) contribuisce in modo determinante a questa letalità ed è caratterizzato da un'abbondante infiltrazione di cellule immunitarie, dall'espansione dei fibroblasti stromali e dalla associata deposizione di matrice extracellulare. Ciò porta ad un aumento della pressione del fluido interstiziale e al collasso delle arteriole e dei capillari3,4,7. Questi fenomeni contribuiscono collettivamente alla bassa saturazione di ossigeno, alla resistenza terapeutica, alle alterazioni metaboliche e all'eterogeneità all'interno del tumore a livello cellulare5,8,9. Le cellule PDA che sopravvivono in tale TME deregolamentata da nutrienti e ossigeno mostrano adattamenti metabolici che aumentano le loro capacità di scavenging e cataboliche10,11,12,13. Inoltre, studi recenti hanno definito le fonti di nutrienti estrinseche del tumore per il PDA, tra cui la matrice extracellulare, i metaboliti immunitari e di derivazione stromale14,15,16. Sebbene questi studi abbiano scoperto input nutrizionali discreti, in precedenza non erano stati eseguiti screening completi con il potere di identificare molti di questi fattori e meccanismi nutrizionali.

Per individuare i metaboliti che alimentano il metabolismo nelle cellule PDA private di nutrienti, abbiamo applicato la piattaforma di screening fenotipico Biolog su 19 linee cellulari umane di PDA e 2 linee cellulari di pancreas immortalizzate e non maligne (cellule stellate pancreatiche umane e cellule che esprimono nestina pancreatica umana) (Fig. 1a). Abbiamo utilizzato lo schermo per valutare la capacità cellulare di catturare e metabolizzare più di 175 nutrienti in un formato a 96 pozzetti in condizioni di limitazione dei nutrienti (glucosio 0 mM, glutammina 0,3 mM e siero bovino fetale dializzato al 5% (FBS)). Il pannello dei nutrienti includeva energia di carbonio e substrati di azoto (Tabella supplementare 1). L'attività metabolica è stata valutata monitorando la riduzione di un colorante a base di tetrazolio, una lettura del potenziale riducente cellulare, ogni 15 minuti per circa 3 giorni (Fig. 1a e Dati estesi Fig. 1a). Le analisi dei profili di consumo dei nutrienti hanno rivelato diversi metaboliti che, in assenza di glucosio, sono stati utilizzati a livelli simili al controllo positivo del glucosio (Dati estesi Fig. 1b). Ad esempio, l'adenosina, l'uridina e diversi zuccheri venivano utilizzati dalla maggior parte delle linee cellulari.

a, Schema del test di screening del metabolismo dei nutrienti e correlazione con l'espressione genica nelle linee cellulari e nei tumori PDA. b, correlazione di Spearman (r) tra l'attività metabolica relativa (RMA) normalizzata per il catabolismo dell'uridina nei dati di screening e i dati di espressione dell'mRNA UPP1 da un set di dati indipendente17 (16 linee cellulari PDA). Le linee cellulari alte UPP1 sono mostrate in grassetto. c, L'RMA in un sottogruppo di linee cellulari PDA dopo l'integrazione con uridina 1 mM per 3 giorni in condizioni prive di glucosio. d, Convalida quantitativa PCR (qPCR) dell'espressione dell'mRNA UPP1 in un sottoinsieme di linee cellulari PDA. e, Immunoblot che mostra l'espressione basale di UPP1 nelle linee cellulari PDA. Le macchie sono rappresentative di tre repliche tecniche con risultati simili. f, correlazione di Spearman (r) tra l'analisi della densitometria proteica della macchia in e e l'espressione dell'mRNA di UPP1 nelle otto linee cellulari PDA evidenziate in e. g, I 20 principali geni espressi in modo differenziale dalle linee cellulari PDA che sono stati identificati come consumatori/metabolizzatori ad alto contenuto di uridina rispetto ai consumatori a basso contenuto di uridina dallo screening del metabolismo dei nutrienti. Fonte dati: Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE). I dati in c,d sono la media ± ds Per ulteriori informazioni consultare la sezione Metodi "Statistiche e riproducibilità".