Role of mithocondrial Ca2+ uptake in breast cancer cell migration and invasiveness

Il flusso di Ca2+ mitocondriale (Ca2+mit) è il principale regolatore della bioenergetica cellulare, grazie al fatto che stimola la produzione di ATP. Allo stesso tempo, il Ca2+mit gioca un ruolo chiave nella regolazione sia del metabolismo sia della morte cellulare. Infatti, una diminuita produzione di ATP porta all’attivazione del processo autofagico (per compensare la mancanza di nutrienti) mentre un accumulo elevato di Ca2+ nel mitocondrio porta inevitabilmente ad una disfunzione dell’organello, seguita dall’attivazione caspasica e quindi dalla morte cellulare . Molte patologie, tra cui la formazione e crescita tumorale, sono direttamente correlabili con le disfunzioni mitocondriali. Inoltre, il reprogramming del metabolismo mitocondriale è ora considerato un aspetto chiave nella patogenesi del cancro. Infatti, anche in presenza di ossigeno, le cellule tumorali limitano gran parte del loro supporto energetico alla glicolisi, raggiungendo lo stato energetico denominato “glicolisi aerobica”. Vale la pena evidenziare che la dipendenza energetica da un regime glicolitico può venir ulteriormente rafforzata in ipossia, condizione che contraddistingue la maggior parte dei microambienti tumorali. Infatti, in risposta alla carenza di ossigeno, il fattore trascrizionale HIF-1α viene stabilizzato e, di conseguenza, viene indotta la trascrizione di proteine di trasporto del glucosio e di enzimi coinvolti direttamente nel metabolismo glicolitico. Inoltre, molti tumori ereditari sono stati associati a mutazioni a carico di enzimi mitocondriali, dimostrando in questo modo che, in particolari condizioni, un’alterazione del metabolismo mitocondriale può esser considerata fattore eziologico per lo sviluppo del tumore. A supporto di queste considerazioni, il tumore mammario metastatico triplo negativo, una delle più aggressive ed eterogenee classi di tumori caratterizzata dalla mancata espressione dei recettori estrogenici, progestinici ed HER2, mostra una profonda alterazione metabolica con ridotta attività ossidativa mitocondriale. I nostri risultati preliminari suggeriscono che, al contrario delle cellule pre-maligne, le metastatiche triplo negative riescono ad accumulare, dopo stimolazione, alte [Ca2+] all’interno della matrice mitocondriale. Transienti di Ca2+mit così elevati possono risultare addirittura essenziali per la progressione metastatica, mentre in cellule pre-maligne sensibilizzano alla morte cellulare. Di conseguenza, abbiamo ipotizzato ruoli alternativi per il Ca2+mit, possibilmente coinvolti nello sviluppo metastatico, che fossero diversi da quelli di produzione energetica mitocondriale e di controllo dell’apoptosi. La caratterizzazione molecolare dell’Uniporto Mitocondriale del Calcio (dall’inglese MCU), canale selettivo per il Ca2+ che ne regola l’ingresso all’interno della matrice, ha aperto la possibilità di modulare la funzione mitocondriale modificando l’attività del canale MCU. Così, si è deciso di investigare come l’ingresso di Ca2+mit contribuisca alla produzione mitocondriale di specie radicaliche dell’ossigeno (ROS), giocando in questo modo un ruolo cruciale nella regolazione di tutti i meccanismi di segnale ROS-dipendenti: i ROS sono considerati dei critici effettori molecolari della progressione tumorale, promuovendo l’adattamento metabolico e la formazione di metastasi in vivo. Di conseguenza, si è osservato che trattamenti antiossidanti riducono significativamente la migrazione delle cellule tumorali triple negative MDA-MB-231. Inoltre, è stato verificato che, in assenza di MCU, la produzione di ROS è significativamente ridotta, suggerendo così che i ROS mitocondriali giocano un ruolo cruciale nella regolazione della malignità tumorale mediata dal Ca2+mit. In aggiunta, è stato dimostrato che il silenziamento di MCU inibisce significativamente la trascrizione del fattore di trascrizione HIF-1α, riducendo di conseguenza l’espressione dei geni da lui regolati, soprattutto di quelli coinvolti nella progressione metastatica e possibilmente con un meccanismo ROS-dipendente. Da notare, a tal proposito, che la ri-espressione di HIF-1α ripristina completamente la capacità di migrazione nelle cellule in cui MCU è silenziato. In conclusione, i nostri risultati mettono in luce un ruolo cruciale di MCU nel controllo del potenziale metastatico del tumore mammario triplo negativo ed indicano che il flusso mitocondriale di Ca2+ può rappresentare un nuovo bersaglio terapeutico per un innovativo approccio clinico.