Conversion of Hyperpolarized [1-13C]Pyruvate in Breast Cancer Cells Depends on Their Malignancy, Metabolic Program and Nutrient Microenvironment

谷氨酰胺分解 谷氨酰胺 代谢组 柠檬酸循环 化学 瓦博格效应 代谢物 生物化学 丙酮酸激酶 糖酵解 代谢途径 新陈代谢 癌细胞 癌症 内科学 医学 氨基酸
作者
Martin Grashei,Philipp Biechl,Franz Schilling,Angela M. Otto
出处
期刊:Cancers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (7): 1845-1845 被引量:16
标识
DOI:10.3390/cancers14071845
摘要

Hyperpolarized magnetic resonance spectroscopy (MRS) is a technology for characterizing tumors in vivo based on their metabolic activities. The conversion rates (kpl) of hyperpolarized [1-13C]pyruvate to [1-13C]lactate depend on monocarboxylate transporters (MCT) and lactate dehydrogenase (LDH); these are also indicators of tumor malignancy. An unresolved issue is how glucose and glutamine availability in the tumor microenvironment affects metabolic characteristics of the cancer and how this relates to kpl-values. Two breast cancer cells of different malignancy (MCF-7, MDA-MB-231) were cultured in media containing defined combinations of low glucose (1 mM; 2.5 mM) and glutamine (0.1 mM; 1 mM) and analyzed for pyruvate uptake, intracellular metabolite levels, LDH and pyruvate kinase activities, and 13C6-glucose-derived metabolomics. The results show variability of kpl with the different glucose/glutamine conditions, congruent with glycolytic activity, but not with LDH activity or the Warburg effect; this suggests metabolic compartmentation. Remarkably, kpl-values were almost two-fold higher in MCF-7 than in the more malignant MDA-MB-231 cells, the latter showing a higher flux of 13C-glucose-derived pyruvate to the TCA-cycle metabolites 13C2-citrate and 13C3-malate, i.e., pyruvate decarboxylation and carboxylation, respectively. Thus, MRS with hyperpolarized [1-13C-pyruvate] is sensitive to both the metabolic program and the nutritional state of cancer cells.
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