Study of the metabolic effects of anti-angiogenic therapy in experimental models of ovarian cancer

In most of cancers, anti-angiogenic therapies are approved as a single-agent drug or in combination with cytotoxic chemotherapy. However, several works suggest that both in clinical and preclinical models, after an initial regression, tumors resume growth in the absence of active tumor angiogenesis. Previous studies demonstrate that anti-angiogenic therapies perturb tumor metabolism toward anaerobic glycolysis and suggest that glycolysis inhibitors, such as 3PO or MCT4/MCT1 inhibitors, could be a new approach to overcome resistance after anti-angiogenic therapies, even if recent data are not so clear. Furthermore, these results underline the importance to investigate better the metabolic changes, focusing on the intra-tumoral heterogeneity. Here, we demonstrate that ex vivo cultures derived from Bevacizumab treated tumors have marked metabolic heterogeneity, compared with control tumors. Starting from these evidences, we isolate and characterize clones with different glycolytic profiles. In particular, we speculated that highly glycolytic cells could be more glucose addicted and hence they less tolerate culture under glucose starvation. In order to identify different glycolytic subpopulations, that we call glucose deprivation resistant (GDR) or glucose deprivation sensitive (GDS) clones, we perform a glucose deprivation assay at different time points. Results demonstrate that GDR and GDS clones have transcriptomic and metabolomic differences. Therefore, investigation of the metabolic heterogeneity at clonal level could be a strategy to understand better the development of resistance to anti-angiogenic therapy and to find more efficient molecular targets.

In diversi tipi di tumore, le terapie anti-angiogeniche sono state approvate come mono-terapia o in combinazione con la chemioterapia citotossica. Tuttavia, diversi lavori suggeriscono che sia nei modelli clinici che preclinici, dopo una iniziale risposta, i tumori ricominciano a crescere in assenza di neo angiogenesi tumorale. Studi precedenti dimostrano che le terapie anti-angiogeniche alterano il metabolismo tumorale favorendo la glicolisi anaerobica e suggeriscono che inibitori della glicolisi, come il 3PO o gli inibitori dell’MCT4/MCT1, potrebbero costituire un nuovo approccio terapeutico per superare la resistenza alle terapie anti-angiogeniche, nonostante i dati esistenti non siano chiari. Inoltre, questi risultati dimostrano l’importanza di investigare meglio questi cambiamenti metabolici, focalizzandosi sulla eterogeneità tumorale. In questo lavoro, abbiamo dimostrato che le colture ex vivo derivate da tumori trattati con l’anti-angiogenico, Bevacizumab, hanno una marcata eterogeneità metabolica se comparata con le colture ex vivo derivate da tumori di controllo. Partendo da queste osservazioni, abbiamo isolato e caratterizzato cloni con differenti fenotipi glicolitici. In particolare, abbiamo ipotizzato che cellule altamente glicolitiche fossero più dipendenti dal glucosio e che fossero maggiormente sensibili alla deprivazione di quest’ultimo. Con lo scopo di identificare sottopopolazioni con differenti fenotipi glicolitici abbiamo effettuato un saggio di deprivazione di glucosio a diverse tempistiche e abbiamo definito GDR (glucose deprivation resistant) i cloni resistenti alla deprivazione di glucosio e GDS (glucose deprivation sensitive), i cloni sensibili alla deprivazione di glucosio. I risultati dimostrano che le due sottopopolazioni, GDR e GDS, presentano delle differenze significative a livello metabolico e del trascritto. In conclusione, lo studio dell’eterogeneità metabolica a livello clonale potrebbe essere una strategia per capire meglio lo sviluppo della resistenza alla terapia anti-angiogenica e per trovare nuovi targets molecolari più efficienti.