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Everolimus decreases [U-13C]glucose utilization by pyruvate carboxylase in breast cancer cells in vitro and in vivo - 22/03/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116362 
Gerke Ariaans a, 1, Jiske F. Tiersma a, 1, Bernardus Evers b, Albert Gerding b, Stijn J.H. Waaijer a, Remco A. Koster c, Daan J. Touw c, Barbara M. Bakker b, Dirk-Jan Reijngoud b, Steven de Jong a, , 2 , Mathilde Jalving a, , 2
a Department of Medical Oncology, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Groningen, the Netherlands 
b Department of Pediatrics, Center for Liver, Digestive and Metabolic Diseases, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Groningen, the Netherlands 
c Department of Clinical Pharmacy and Pharmacology, Laboratory for Clinical and Forensic Toxicology and Drugs Analysis, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Groningen, the Netherlands 

Correspondence to: Department of Medical Oncology, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Hanzeplein 1, Groningen 9713 GZ, the Netherlands.Department of Medical Oncology, University of Groningen, University Medical Center GroningenHanzeplein 1, Groningen 9713 GZthe Netherlands

Abstract

Reprogrammed metabolism is a hallmark of cancer, but notoriously difficult to target due to metabolic plasticity, especially in response to single metabolic interventions. Combining mTOR inhibitor everolimus and mitochondrial complex 1 inhibitor metformin results in metabolic synergy in in vitro models of triple-negative breast cancer. Here, we investigated whether the effect of this drug combination on tumor size is reflected in changes in tumor metabolism using [U-13C]glucose labeling in an MDA-MB-231 triple negative breast cancer xenograft model. The in vitro effects of everolimus and metformin treatment on oxidative phosphorylation and glycolysis reflected changes in 13C-labeling of metabolites in MDA-MB-231 cells. Treatment of MDA-MB-231 xenografts in SCID/Beige mice with everolimus resulted in slower tumor growth and reduced tumor size and tumor viability by 35%. Metformin treatment moderately inhibited tumor growth but did not enhance everolimus-induced effects. High serum levels of everolimus were reached, whereas levels of metformin were relatively low. Everolimus decreased TCA cycle metabolite labeling and inhibited pyruvate carboxylase activity. Metformin only caused a mild reduction in glycolytic metabolite labeling and did not affect pyruvate carboxylase activity or TCA cycle metabolite labeling. In conclusion, treatment with everolimus, but not metformin, decreased tumor size and viability. Furthermore, the efficacy of everolimus was reflected in reduced 13C-labeling of TCA cycle intermediates and reduced pyruvate carboxylase activity. By using in-depth analysis of drug-induced changes in glucose metabolism in combination with measurement of drug levels in tumor and plasma, effects of metabolically targeted drugs can be explained, and novel targets can be identified.

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Graphical Abstract




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Highlights

Everolimus reduces pyruvate carboxylase activity in breast cancer
Metabolic activity in vitro differs greatly from that in vivo
Synergy between metformin and everolimus is absent in vivo
Metformin and everolimus serum and tumor levels explain in vivo effects

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Keywords : Metformin, Everolimus, Cancer metabolism, Breast cancer, [U-13C]glucose


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Vol 173

Article 116362- avril 2024 Retour au numéro
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