Cancer metabolism and its role in the sensitivity to ASNase of leukemic cells to L-asparaginase

Abstract

Nádorový metabolismus a jeho role v citlivosti leukemických buněk k L- asparagináze ABSTRAKT Dosud neexistuje definitivní léčebná strategie pro děti s relabující nebo na léčbu nereagující (15-20 %) akutní lymfoblastickou leukemií (ALL). Cílem této studie bylo objasnit vliv metabolického přesměrování v leukemických buňkách na špatnou odpověď na terapii a vznik rezistence. Tato disertační práce se zaměřuje na L-asparaginázu (ASNase), klíčové chemoterapeutikum, a její účinek na leukemii s využitím modelů leukemických buněčných linií a primárních buněk pacientů s ALL. Buněčný metabolismus byl hodnocen měřením metabolických drah a příjmu živin pomocí analyzátoru Seahorse a metod stabilního izotopového značení. Hlavní výsledky studie ukázaly, že odpověď na terapii ASNase je oslabena aktivitou biosyntetických drah regulovaných mechanistickým cílem rapamycinu (mTOR). Tento jev byl indukován prostředím kostní dřeně, které umožnilo aktivaci rezistentních mechanismů v leukemických buňkách. Dále jsme zjistili souvislost mezi následujícími metabolickými charakteristikami a nižší citlivostí k ASNase: nízká respirace vázaná na ATP, vysoký mitochondriální membránový potenciál a vysoký glykolytický tok před zahájením terapie. U posledně jmenovaného bylo prokázáno prognostické využití. Navíc bylo zjištěno, že vysoký...

Cancer metabolism and its role in the sensitivity of leukemic cells to L- asparaginase ABSTRACT No ultimate treatment strategy exists for relapsed or non-responsive (15-20%) children with acute lymphoblastic leukemia (ALL). In this study, we aimed to elucidate the impact of metabolic rewiring in leukemic cells on poor therapy response and the emergence of resistance. This dissertation focuses on l-asparaginase (ASNase), a crucial chemotherapeutic agent and its effect on leukemia, using models of leukemic cell lines and primary cells of ALL patients. Cell metabolism was assessed by measuring metabolic pathways and nutrient influx using a Seahorse analyzer and stable isotope tracing. Main findings of the study demonstrated that the ASNase- therapy response was mitigated by the activity of the mechanistic target of rapamycin (mTOR)- regulated biosynthetic pathways. This phenomenon was induced by the bone marrow environment, which enabled the activation of the resistant mechanism in leukemic cells. We next found a correlation between the following metabolic features and lower sensitivity to ASNase: low ATP- linked respiration, high mitochondrial membrane potential and high glycolytic flux before therapy. The latter was shown to have prognostic implications. Moreover, high glycolytic flux was detected in T-ALL...