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Integration of metabolomics and transcriptomics reveals metformin suppresses thyroid cancer progression via inhibiting glycolysis and restraining DNA replication - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115659 
Jielin Ouyang a, b, c, 1, Yang Feng a, b, c, 1, Yiyuan Zhang b, Yarong Liu a, b, c, Shutong Li a, b, c, Jingjing Wang a, b, Lihong Tan a, b, , Lianhong Zou a, b,
a The First Affiliated Hospital of Hunan Normal University (Hunan Provincial People’s Hospital), Changsha, Hunan 410005, PR China 
b Central Laboratory of Hunan Provincial People's Hospital, The First Affiliated Hospital of Hunan Normal University, Changsha, Hunan 410005, PR China 
c Key Laboratory of Molecular Epidemiology of Hunan Province, Hunan Normal University, Changsha, Hunan 410013, PR China 

Correspondence to: Central Laboratory of Hunan Provincial People's Hospital, The First Affiliated Hospital of Hunan Normal University, 61 Jiefang Western Road, Changsha, Hunan 410005, PR China.Central Laboratory of Hunan Provincial People's Hospital, The First Affiliated Hospital of Hunan Normal University61 Jiefang Western RoadChangshaHunan410005PR China

Abstract

The anti-tumoral effects of metformin have been widely studied in several types of cancer, including thyroid cancer; however, the underlying molecular mechanisms remain poorly understood. As an oral hypoglycemic drug, metformin facilitates glucose catabolism and disrupts metabolic homeostasis. Metabolic reprogramming, particularly cellular glucose metabolism, is an important characteristic of malignant tumors. This study aimed to explore the therapeutic effects of metformin in thyroid cancer and the underlying metabolic mechanism. In the present study, it was shown that metformin reduced cell viability, invasion, migration, and EMT, and induced apoptosis and cell cycle G1 phase arrest in thyroid cancer. Transcriptome analysis demonstrated that the differentially expressed genes induced by metformin were involved in several signaling pathways including apoptosis singling pathways, TGF-β signaling, and cell cycle regulation in human thyroid cancer cell lines. In addition, the helicase activity of the CDC45-MCM2–7-GINS complex and DNA replication related genes such as RPA2, RAD51, and PCNA were downregulated in metformin-treated thyroid cancer cells. Moreover, metabolomics analysis showed that metformin-induced significant alterations in metabolic pathways such as glutathione metabolism and polyamine synthesis. Integrative analysis of transcriptomes and metabolomics revealed that metformin suppressed glycolysis by downregulating the key glycolytic enzymes LDHA and PKM2 and upregulating IDH1 expression in thyroid cancer. Furthermore, the anti-tumor role of metformin in thyroid cancer in vivo was shown. Together these results show that metformin plays an anti-tumor role by inhibiting glycolysis and restraining DNA replication in thyroid cancer.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Metformin promotes the metabolic transition from glycolysis to oxidative phosphorylation.
Metformin slows down DNA replication via downregulating CMG complex.
Metformin plays an anti-tumor role on thyroid cancer in vitro and in vivo.

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Keywords : Metformin, Thyroid cancer, Anti-tumor, Metabolomics, Transcriptomics


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Vol 168

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