The phenomenon of acquired resistance to metformin in breast cancer cells: The interaction of growth pathways and estrogen receptor signaling

Abstract

Metformin, a biguanide antidiabetic drug, is used to decrease hyperglycemia in patients with type 2 diabetes. Recently, the epidemiological studies revealed the potential of metformin as an anti-tumor drug for several types of cancer, including breast cancer. Anti-tumor metformin action was found to be mediated, at least in part, via activation of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-intracellular energy sensor, which inhibits the mammalian target of rapamycin (mTOR) and some other signaling pathways. Nevertheless, some patients can be non-sensitive or resistant to metformin action. Here we analyzed the mechanism of the formation of metformin-resistant phenotype in breast cancer cells and its role in estrogen receptor (ER) regulation. The experiments were performed on the ER-positive MCF-7 breast cancer cells and metformin-resistant MCF-7 subline (MCF-7/M) developed due to long-term metformin treatment. The transcriptional activity of NF-jB and ER was measured by the luciferase reporter gene analysis. The protein expression was determined by immunoblotting (Snail1, (phospho)AMPK, (phospho)IjBa, (phospho)mTOR, cyclin D1, (phospho)Akt and ERa) and immunohistochemical analysis (E-cadherin). We have found that: 1) metformin treatment of MCF-7 cells is accompanied with the stimulation of AMPK and inhibition of growth-related proteins including IjBa, NF-jB, cyclin D1 and ERa; 2) long-term metformin treatment lead to the appearance and progression of cross-resistance to metformin and tamoxifen; the resistant cells are characterized with the unaffected AMPK activity, but the irreversible ER suppression and constitutive activation of Akt/Snail1 signaling; 3) Akt/Snail1 signaling is involved into progression of metformin resistance. The results presented may be considered as the first evidence of the progression of cross-resistance to metformin and Abbreviations: AMPK, adenosine monophosphate-activated protein kinase; EMT, epithelial-mesenchymal transition; ER, estrogen receptor; ERE, estrogen-responsive elements; mTOR, mammalian target of rapamycin 281tamoxifen in breast cancer cells. Importantly, the acquired resistance to both drugs is based on the constitutive activation of Akt/Snail1/E-cadherin signaling that opens new perspectives to overcome the metformin/tamoxifen resistance of breast cancer. V C 2016 IUBMB Life, 68(4): [281][282][283][284][285][286][287][288][289][290][291][292] 2016

Fatty acid synthase regulates estrogen receptor-α signaling in breast cancer cells

“…Because ERα interacts with the α-catalytic subunit of the central energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK), 61 whereas the substrate accumulation but not end-product depletion of fatty acids from FASN inhibition triggers AMPK activation, 62, 63 our findings might implicate de novo lipogenesis operating as a bona fide metabolic signal transmitter, 64 regulating breast cancer cell sensitivity not only to E 2 but also to antiestrogen therapies. 65, 66 …”

Exosomes and development of cancer cell resistance to metformin: pilot study

“…Было обнаружено, что такие клетки, обозначенные нами как MCF-7 / М, отличаются, наряду с активацией не-которых сигнальных путей (PI3K / Akt, Snail1), замет-ным снижением транскрипционной активности ре-цептора эстрогена и, соответственно, частичной резистентностью к антипролиферативному действию антиэстрогенов [7].…”

“…Как уже отмечалось, исходная сублиния MCF-7 / M, резистентная к метформину, отличается перекрестной резистентностью к метформину и тамок-сифену. Этот эффект предположительно связан с по-давлением активности рецептора эстрогенов в клетках MCF-7 / M [7]. Мы обнаружили, что клетки MCF-7 с резистентностью к метформину, приобретенной в процессе кокультивирования с клетками MCF-7 / M, также характеризуются перекрестной резистентностью к тамоксифену (рис.…”

“…С учетом того, что перекрестная резистентность клеток MCF-7 / M к метформину развивается на фоне активированного mTOR / PI3K / Akt-сигналинга [7], в следующей серии экспериментов исследовали роль PI3K в развитии резистентности, приобретенной при кокультивировании клеток. Было обнаружено, что кокультивирование родительских и метформинре-зистентных клеток в присутствии ингибитора PI3K вортманина полностью блокирует распространение резистентности на родительские клетки, что свидетель-ствует о ключевой роли mTOR / PI3K / Akt-сигналинга в развитии приобретенной резистентности (рис.…”

“…С одной стороны, метформин принадлежит к совершен-но отличному от стероидов классу соединений, и его противоопухолевая активность ассоциирована, преиму-щественно, с подавлением АМРК и mTOR-сигналинга [14]. С другой стороны, в основе приобретенной рези-стентности к метформину лежит компенсаторная реак-тивация сигнальных путей [7], как и в случае гормо-нальной резистентности, что могло свидетельствовать о существовании общих механизмов распространения обоих видов резистентности.…”