Monocarboxylate Transporters (MCTs) in breast cancer aggressiveness: therapeutic targeting and regulatory mechanisms

Abstract

Breast cancer is a heterogeneous and multifaceted disease, being the most common cancer among women and the second leading cause of cancer-related death. Classified into distinct biological subtypes and with different prognostic implications, basal-like subtype is considered the most aggressive and, so far, with no targeted therapy available. Referred as a hallmark of cancer, the “Warburg Effect” contributes to tumour malignancy mainly due to the high rates of lactate produced as a consequence of metabolic reprogramming. In this phenomenon, even in the presence of oxygen, cancer cells obtain energy mainly from glycolysis, increasing the levels of glucose uptake, which culminates in the production of high amounts of lactate that is transported across the plasma membrane through Monocarboxylate Transporters (MCTs). Several studies reported the upregulation of MCTs in different tumour types, including breast cancer, in which MCT1 overexpression was associated with basal-like breast carcinoma. However, the potential of MCTs as therapeutic targets and especially the regulation of these proteins in breast cancer have been little explored. Thus, in this work, inhibition of MCT activity was accomplished using the MCT inhibitors α-cyano-4-hydroxycinnamate (CHC), quercetin and lonidamine, in a panel of breast cancer cell lines. The results evidenced that lactate transport inhibition decreased cell proliferation, migration and invasion, promoting cell death, mainly due to MCT1 inhibition, in the most sensitive cell lines. Additionally, downregulation of MCT1 and MCT4 by siRNA, in basal-like breast cancer cells, was performed in hypoxia and normoxia conditions, and showed that MCT knockdown decreased tumour cell aggressiveness, and, importantly, disrupted in vivo tumour formation and growth. Furthermore, considering the enhancers of breast cancer progression, estrogen receptor (ER) signalling, Epithelial Mesenchymal Transition (EMT) and cancer microenvironment, we explored the effect of these players in the metabolic profile of breast cancer. We showed that low levels of glucose and exogenous lactate modulated MCT expression, as well stimulation of a glycolytic profile by the EMT inducer TGF-β, in basal-like breast cancer cells. In the luminal breast cancer cells, stimulation of the ER pathway seems to not alter mRNA or protein levels of MCT1, MCT4, CD147, HKII and HIF-1α proteins, but, in contrast, increases lactate production. This work provides novel evidence for the role and regulation of MCTs in breast cancer, pointing at these proteins as major players in breast cancer aggressiveness. Also, the results of MCT disruption in vitro and in vivo, support these proteins as targets in breast cancer therapy.

O cancro da mama é uma doença heterogénea e multifacetada, sendo o tipo de cancro mais frequente nas mulheres e a segunda causa de morte relacionada com esta doença. Classificada em diversos subtipos, com diferentes implicações de prognóstico, o subtipo basal é considerado o mais agressivo e, neste momento, sem terapias dirigidas disponíveis. Referido como uma das características das células tumorais, o “efeito de Warburg” contribui para a malignidade dos tumores principalmente devido aos elevados níveis de lactato produzidos. Mesmo na presença de oxigénio, as células tumorais obtêm energia principalmente a partir da glicólise, elevando os níveis de glucose consumida e levando à produção exacerbada de lactato o qual é transportado através da membrana plasmática pelos Transportadores de Monocarboxilatos (MCTs). Vários estudos referem a expressão aumentada dos MCTs em diferentes tipos de tumores, incluindo o cancro da mama, no qual a sobre-expressão do MCT1 foi associada com o fenótipo mais agressivo (tipo basal). Contudo, e apesar dos vários estudos, o potencial dos MCTs como alvos terapêuticos e em especial a sua regulação no cancro da mama têm sido pouco explorados. Assim, neste trabalho, foi efetuada a inibição dos MCTs, utilizando para isso os inibidores destes transportadores α-cyano-4-hydroxycinnamate (CHC), quercetina e lonidamina, em linhas celulares de carcinoma da mama. Os resultados obtidos evidenciaram que a inibição do transporte de lactato diminuiu a proliferação, migração e invasão celular, promovendo a morte celular, devido essencialmente à inibição do MCT1. Além disso, foi feita a inibição da expressão do MCT1 e MCT4 nas células de carcinoma da mama do tipo basal, utilizando siRNA, em condições de hipóxia e normóxia. Deste modo, mostrou-se que a inibição da expressão dos MCTs, diminuiu a agressividade tumoral, mostrando-se eficaz na disrupção da formação e crescimento tumoral in vivo. Adicionalmente, uma vez que o MCT1 se encontra aumentado no carcinoma da mama, e tendo em conta os vários fatores que influenciam a progressão deste carcinoma, como sinalização do recetor de estrogénio (ER), a transição epitéliomesenquimal (EMT) e o metabolismo glicolítico, foi explorada a influência destes fatores na regulação do perfil metabólico do carcinoma da mama. Os resultados mostraram que os baixos níveis de glucose e o lactato exógeno modularam a expressão dos MCTs, tal como a estimulação da EMT, nas células basais do carcinoma da mama. Nas células do tipo luminal MCF7, a estimulação da via ER parece não ter alterado os níveis de mRNA e de proteína dos MCT1, MCT4, CD147, HKII e HIF-1α, contudo, aumentou a produção de lactato. Este trabalho apoia a utilização dos MCTs como alvos terapêuticos no carcinoma da mama, apresentando novas evidências sobre o seu papel e regulação. Os resultados da sua inibição in vitro e in vivo, demonstra também o seu papel como importantes intervenientes na agressividade do carcinoma da mama.