Metabolic subtyping and targeting of pancreatic ductal adenocarcinoma
This study aimed to identify which metabolic pathways are activated in one and the other subtype and whether these metabolic differences are functionally preserved in relevant preclinical PDAC models that may be further used for the development of subtype-specific metabolic therapies.
To this aim, established PDAC cell lines, patient-derived xenografts, primary cells and patient samples were used as models. Gene expression analyzes (RNA-seq, microarray, qPCR and GSEA) revealed that QM subtype is dominated by the metabolic transcripts involved in glycolysis and hypoxia whereas classical subtype is branded with gene sets involved in lipid and fatty acid metabolism. Functional seahorse metabolic flux assays also supported the transcriptome data that glycolysis and fatty acid oxidation are active metabolic processes in QM and classical subtype, respectively. Furthermore, immunohistological approaches identified lactate transporter MCT4 as a putative marker of glycolytic / QM PDACs in patient-related materials. However, functional heterogeneity and different levels of glycolysis and fatty acid oxidation usage were also present among members of the same subtype. Accordingly, analyzed chemical inhibitors of glycolysis and lipid metabolism did not present strong subtype dependent activity.
Even though glycolysis and fatty acid oxidation are dominant in QM and classical subtype respectively, identified functional heterogeneity indicates fine-tuning of metabolic dependencies and mixed usage of different metabolic pathways even in one transcriptional subtype. In a personalized approach, a patient with a transcriptional signature of QM and functionally active glycolysis would be an obvious candidate for metabolic targeting of glycolysis. However, due to the mixed usage of different metabolic pathways as well, further preclinical and clinical efforts are needed for evaluating the potential of combinatorial usage of metabolic inhibitors.
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (engl. PDAC) ist, bedingt durch die meist späte Diagnosestellung und den Mangel an effektiven Behandlungen, eine der tödlichsten Tumorerkrankungen der Welt, weshalb neuartige Therapien dringend benötigt werden. PDAC liegt in zwei molekularen Subtypen vor, Quasi-Mesenchymal (QM, Basal-ähnlich) sowie klassisch (pankreatischer Vorläufer). Aktuelle Studien zeigen, dass diese Subtypen sich klinisch unterscheiden und der klassische Subtyp stärker auf Therapien anspricht und eine etwas bessere Prognosen hat.
Das Ziel dieser Arbeit war es zu identifizieren, welche metabolischen Signalwege in den jeweiligen Subtypen aktiv sind und ob diese metabolischen Unterschiede funktionell in relevanten präklinischen PDAC Modellen konserviert sind, um dadurch möglicherweise Subtyp-spezifische, metabolische Therapien zu entwickeln.
Mit diesem Ziel wurden etablierte PDAC Zelllinien, patient derived xenografts (PDX), primäre Zellen sowie Patientenproben als Modelle verwendet. GenexpressionsAnalysen (RNA-seq, microarray, qPCR und GSEA) veranschaulichten, dass der QMSubtyp primär durch metabolische Transkripte, welche in Glykolyse und Hypoxie involviert sind, bestimmt wird. Der klassische Subtyp hingegen ist gekennzeichnet durch Gene, welche im Lipid- und Fettsäure-Metabolismus eine wichtige Rolle spielen.
Funktionelle seahorse metabolic flux assays unterstützen die Transkriptom-Daten und zeigten, dass die Glykolyse im QM-Subtyp und die Fettsäure-Oxidation im klassischen Subtyp jeweils aktive metabolische Prozesse sind. Zusätzlich wurde durch Immunhistologie-Experimente mit patientenbezogenem Material demonstriert, dass der Laktattransporter MCT4 als möglicher Marker für glykolytische QM-Subtypen in PDAC fungiert. Dennoch waren eine funktionelle Heterogenität und unterschiedliche Stufen von Glykolyse oder Fettsäure-Oxidation in verschiedene Tumormodellen des gleichen Subtyps nachweisbar. Darüber hinaus zeigten chemische Inhibitoren von Glykolyse und Fettsäure-Oxidation keine starken Subtyp-spezifischen Aktivitäten. Auch wenn Glykolyse und Fettsäure-Oxidation im QM- bzw. klassischen Subtyp primär aktiv sind, deutet die identifizierte, funktionelle Heterogenität darauf hin, dass eine Art fine tuning von metabolischen Abhängigkeiten und eine kombinierte Nutzung von metabolischen Signalwegen vorliegt, selbst innerhalb eines transkriptionellen Subtyps.
In einem personalisierten Therapieansatz wären Patienten mit Signaturen des QMSubtyps offensichtliche Kandidaten für eine Behandlung, welche metabolisch die Glykolyse adressiert. Dennoch sind, zusätzlich bedingt durch die kombinierte Nutzung mehrerer metabolischer Signalwege, weitere präklinische und klinische Bemühungen nötig, um das volle Potential von kombinierter Nutzung von metabolischen Inhibitoren beurteilen zu können.