Signalling pathways in pancreatic cancer and its treatment by targeting of mitochondria

Abstract

Pancreatic cancer is one of the deadliest types of malignant diseases. Asymptomatic early tumour stages, tumour heterogeneity, cancer cell plasticity and unusually dense pancreatic stroma are responsible for the poor prognosis attributed to late diagnosis and therapy resistance. Therefore, targeting of a pivotal element common for any cell type within the tumour, e.g. mitochondria, may bring significant improvement. In this work, we demonstrate mitochondrial targeting of metformin, an anti-diabetic drug associated with reduced risk of developing pancreatic cancer, substantially increases accumulation of the compound in mitochondria. In consequence, we show that mitochondrially targeted metformin, MitoMet, eliminates pancreatic cancer cells in more than 1000-fold lower concentration than used for its parental compound. Following interaction with respiratory complex I (CI), MitoMet inhibits mitochondrial respiration, activates AMP-activated protein kinase pathway and causes depolarization of mitochondrial membrane potential in pancreatic cancer cells. Moreover, MitoMet induces cell cycle arrest and apoptosis, which is partially mediated via increased level of reactive oxygen species (ROS), and suppresses pancreatic tumour growth in vivo. Interestingly, SMAD4-deficient pancreatic cancer cells manifest...

Rakovina slinivky břišní je jednou z nejčastějších příčin úmrtí na rakovinu. Mezi hlavní aspekty vedoucí k nepříznivé prognóze tohoto onemocnění se zpravidla řadí pozdní diagnóza a odolnost vůči zavedeným terapeutikům. Pozdní diagnóza je způsobena především bezpříznakovými časnými fázemi vývoje nádoru. Léková rezistence je pak zapřičiněna různorodým složením nádoru, neobvykle rozsáhlým nádorovým mikroprostředím a přizpůsobivostí jednotlivých buněčných komponent na měnící se energetické podmínky. Předchozí výsledky v naší laboratoři prokázaly, že cílením bioaktivních molekul do mitochondrií se výrazně posiluje jejich akumulace v těchto organelách. Vzhledem k tomu, že podání metforminu je u pacientů s cukrovkou 2. typu léčených touto látkou spojováno se sníženým rizikem výskytu rakoviny slinivky břišní, upravili jsme strukturu metforminu tak, aby byla zvýšena jeho koncentrace v místě svého působení, tedy v mitochondriích. Tato práce ukazuje, že mitochondriálně cílený metformin, tzv. MitoMet, eliminuje buňky nádoru slinivky břišní v porovnání s mateřskou látkou ve více než 1000 krát nižší koncentraci. MitoMet potlačuje mitochondriální respiraci, aktivuje dráhu kinázy AMPK a způsobuje depolarizaci mitochondriálního membránového potenciálu v buňkách nádoru slinivky břišní v důsledku interakce s...