Cannabinoids inhibit energetic metabolism and induce AMPK-dependent autophagy in pancreatic cancer cells

Gli effetti anti-tumorali dei cannabinoidi sono noti da alcuni decenni e sono stati studiati in vari tipi di tumore. Nonostante il crescente interesse verso l’utilizzo di questi composti come potenziali farmaci anti-tumorali, il loro meccanismo d’azione resta ancora poco chiaro. L’obiettivo di questo progetto di dottorato è stato quello di analizzare i meccanismi molecolari attraverso i quali i cannabinoidi inducono morte cellulare autofagica in cellule di adenocarcinoma pancreatico. Analisi di metabolomica combinate con saggi di attività enzimatica, mostrano che il trattamento della linea cellulare Panc1 con due cannabinoidi sintetici, GW e ACPA, determina un significativo aumento dell’attivazione di AMPK, dovuto all’aumentato rapporto AMP:ATP dipendente da stress ossidativo. I risultati mostrano, inoltre, che le specie reattive dell’ossigeno (ROS) indotte dai cannabinoidi promuovono la traslocazione dell’enzima gliceraldeide-3 fosfato deidrogenasi (GAPDH) nel nucleo, fenomeno amplificato ulteriormente dall’attivazione della chinasi AMPK, con la conseguente attenuazione della via glicolitica. Il trattamento con i cannabinoidi determina anche un accumulo di NADH dipendente da ROS, suggerendo un blocco della catena respiratoria e, a sua volta, del ciclo di Krebs. I cannabinoidi, inoltre, inibiscono la via Akt/c-Myc, effetto che determina la diminuzione dell’attività dell’enzima piruvato chinasi isoforma M2 (PKM2), de-regolando ulteriormente la glicolisi e inibendo l’incorporazione di glutammina. In conclusione, questo studio mostra tramite quali vie i cannabinoidi regolano il metabolismo energetico, inducono autofagia e inibiscono la proliferazione di cellule di adenocarcinoma pancreatico.

The anti-tumoral effects of cannabinoids have been described in different tumor systems, but their mechanism of action remains unclear. The aim of this thesis was to unravel key pathways mediating cannabinoid dependent inhibition of pancreatic cancer cell growth through the analysis of energetic metabolism. Panc1 cells treated with two synthetic cannabinoids, GW and ACPA, showed elevated AMPK activation induced by a ROS-dependent increase of AMP:ATP ratio. ROS promoted nuclear translocation of GAPDH, which was further amplified by AMPK, thereby attenuating glycolysis. Furthermore, ROS determined the accumulation of NADH, suggestive of a blockage in the respiratory chain, which in turn inhibited the Krebs cycle. Concomitantly, inhibition of Akt/c-Myc pathway led to a decreased activity of pyruvate kinase isoform M2 (PKM2), further down-regulating glycolysis, and glutamine uptake. Altogether, these alterations of cancer cell metabolism mediated by cannabinoids resulted in a strong induction of autophagy and inhibition of cell growth.