MITOCHONDRIAL HEXOKINASE II ENHANCES THE CHEMORESISTANCE PHENOTYPE IN LEUKEMIA CELLS
Details
- Presentation type: IC - Undergraduate Students
- Track: 5. Metabolism and Glycobiology
- Keywords: metabolism; Hexokinase-2; Chemoresistance; Leukemia;
- 1 Universidade Federal do Rio de Janeiro
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INTRODUCTION AND OBJECTIVES: Chronic Myeloid Leukemia (CML) is a neoplastic disease characterized by the abnormal expansion of hematopoietic cells with compromised functions. The leukemic cells can display a multidrug resistance (MDR) phenotype, enabling them to evade numerous cytotoxic compounds with different structures and mechanisms of action. One of such mechanism is the high level of efflux pumps, like the ABC transporters, whose activity depends on the hydrolysis of ATP to reduce intracellular drug accumulation. Therefore, the MDR phenotype represents a high energetic demand for the cells, which inevitably associates the processes that regulate this phenotype to intermediates of various metabolic pathways. Thus, the present work aims to study the possible metabolic disparities that may contribute to chemotherapy resistance. To better understand this phenomenon, we used two leukemic cell lines: K562, which was derived from the pleural effusion of a terminally ill patient with highly undifferentiated CML, and FEPS, selected from K562 through exposure to increasing doses of daunorubicin (DNR), a chemotherapeutic drug. MATERIAL AND METHODS: To investigate differences in metabolic parameters between the two cell lines, we performed qPCR, Western Blotting and activity of Hexokinase-2 (HKII), an important enzyme for cell metabolism. Then, we evaluated proliferation, viability and cell death by apoptosis in cells treated with clotrimazole (CTZ), a drug that efficiently dissociates HK from mitochondria. We also performed glutathione reductase activity and quantification of intracellular DNR by flow cytometry. RESULTS AND CONCLUSION: FEPS expresses more HKII at gene and protein levels, in its mitochondrial fraction. By blocking the HKII pathway, it is possible to observe a greater sensitivity to 2DG in FEPS than K562. Upon detachment of HKII from the mitochondria with CTZ, we observed decreased cell proliferation and viability after treatment with chemotherapeutics drugs. These processes were associated with enhanced apoptosis. We have also observed a higher intracellular accumulation of DNR in the presence of CTZ and a lower level of glutathione reductase, which are essential for the function of ABCC1 transporters. Thus, the presence of HKII coupled to mitochondria seems to be an important factor for the metabolism of FEPS to maintain the functioning of the efflux pump. Interfering with glutathione levels by removing HKII from the mitochondria seems a promising option to generate collateral sensitivity and aid in the treatment of CML.
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Jéssica Mari Kawashima
Olá Anderson,
Respondendo a sua primeira pergunta, atualmente o tratamento eficaz para a leucemia mieloide crônica é a poliquimioterapia, porém a problemática é a grande propensão das células de LMC desenvolverem o fenótipo de resistência a múltiplas drogas, tornando o tratamento ineficaz nestas células resistentes. Nesse sentido, um dos principais achados do nosso trabalho foi mostrar como a HKII tem papel importante como suporte metabólico para o fenótipo MDR, indicando que uma modulação na HKII poderia resultar na perda desse fenótipo, e, assim, a sensibilização de todas as células leucêmicas (resistentes ou sensíveis) a poliquimioterapia.
Com relação a sua segunda pergunta, nosso trabalho demonstrou como a suplementação com glutationa reduzida (GSH) é capaz de reverter o acúmulo de daunorrubicina gerado pelo clotrimazol, podendo assim, haver uma relação entre a retirada da HK da mitocôndria e o funcionamento dessas bombas de efluxo. Deste modo, um dos próximos passos seria analisar como essa suplementação de GSH poderia vir a interferir nos resultados onde foram observados somente o efeito do clotrimazol, avaliando se esta relação seria de fato direta.
Outra perspectiva seria avaliar mais a fundo o papel da HKII na morte por apoptose das células pré-incubadas com clotrimazol e tratadas com os quimioterápicos, verificando também quais fatores envolvidos neste processo, visto que uma das funções já descritas na literatura da HKII é a proteção anti-apoptótica, pois esta ligada ao canal aniônico dependente de voltagem (VDAC) mitocondrial bloqueia a passagem de proteínas importantes para a sinalização da via apoptótica, tornando-se assim importante avaliar se de fato a remoção da HKII da mitocôndria através do clotrimazol pode estar relacionado com esse papel.
E por fim respondendo sua última pergunta, existem alguns trabalhos que já realizaram inibições da HK, porém esta enzima é essencial para todos os tipos celulares, tendo como uma de suas funções iniciar uma das principais cascatas metabólicas da célula. Assim, ao realizarmos sua inibição, estaríamos afetando a célula como um todo, colocando-a em uma condição completamente diferente, o que resultaria em diversos efeitos e fenômenos os quais poderiam corresponder a falsos positivos nos resultados. Por este motivo nós não inibimos a HK e sim, a modulamos.