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18 de enero de 2021
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Artículo

Glutathione metabolism is essential for self-renewal and chemoresistance of pancreatic cancer stem cells

Publicado en:World Journal of Stem Cells. 12 (11): 1410-1428 - 2020-11-26 12(11), DOI: 10.4252/wjsc.v12.i11.1410

Autores: Jagust P; Alcalá S; Jr BS; Heeschen C; Sancho P

Afiliaciones

Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas - Autor o Coautor
Hosp Univ Miguel Servet, IIS Aragon, Isabel Catolica 1-3, Zaragoza 50009, Spain - Autor o Coautor
Hospital Miguel Servet - Autor o Coautor
Shanghai Jiao Tong Univ, Sch Med, Shanghai Canc Inst, Ctr Single Cell Omics, Shanghai 200025, Peoples R China - Autor o Coautor
Shanghai Jiao Tong Univ, Sch Med, Shanghai Canc Inst, Key Lab Oncogenes & Related Genes, Shanghai 200025, Peoples R China - Autor o Coautor
Shanghai Jiao Tong University School of Medicine - Autor o Coautor
Spanish Natl Canc Res Ctr CNIO, Mol Pathol Programme, Madrid 28029, Spain - Autor o Coautor
Univ Autonoma Madrid, Dept Biochem, Inst Invest Biomed Alberto Sols, CSIC,UAM, Madrid 28029, Spain - Autor o Coautor
Universidad Autónoma de Madrid - Autor o Coautor
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Resumen

© 2020. All Rights Reserved. BACKGROUND Cellular metabolism regulates stemness in health and disease. A reduced redox state is essential for self-renewal of normal and cancer stem cells (CSCs). However, while stem cells rely on glycolysis, different CSCs, including pancreatic CSCs, favor mitochondrial metabolism as their dominant energy-producing pathway. This suggests that powerful antioxidant networks must be in place to detoxify mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and maintain stemness in oxidative CSCs. Since glutathione metabolism is critical for normal stem cell function and CSCs from breast, liver and gastric cancer show increased glutathione content, we hypothesized that pancreatic CSCs also rely on this pathway for ROS detoxification. AIM To investigate the role of glutathione metabolism in pancreatic CSCs. METHODS Primary pancreatic cancer cells of patient-derived xenografts (PDXs) were cultured in adherent or CSC-enriching sphere conditions to determine the role of glutathione metabolism in stemness. Real-time polymerase chain reaction (PCR) was used to validate RNAseq results involving glutathione metabolism genes in adherent vs spheres, as well as the expression of pluripotency-related genes following treatment. Public TCGA and GTEx RNAseq data from pancreatic cancer vs normal tissue samples were analyzed using the webserver GEPIA2. The glutathione-sensitive fluorescent probe monochlorobimane was used to determine glutathione content by fluorimetry or flow cytometry. Pharmacological inhibitors of glutathione synthesis and recycling [buthionine-sulfoximine (BSO) and 6-Aminonicotinamide (6-AN), respectively] were used to investigate the impact of glutathione depletion on CSC-enriched cultures. Staining with propidium iodide (cell cycle), Annexin-V (apoptosis) and CD133 (CSC content) were determined by flow cytometry. Self-renewal was assessed by sphere formation assay and response to gemcitabine treatment was used as a readout for chemoresistance. RESULTS Analysis of our previously published RNAseq dataset E-MTAB-3808 revealed up-regulation of genes involved in the KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Pathway Glutathione Metabolism in CSC-enriched cultures compared to their differentiated counterparts. Consistently, in pancreatic cancer patient samples the expression of most of these up-regulated genes positively correlated with a stemness signature defined by NANOG, KLF4, SOX2 and OCT4 expression (P < 10-5). Moreover, 3 of the upregulated genes (MGST1, GPX8, GCCT) were associated with reduced disease-free survival in patients [Hazard ratio (HR) 2.2-2.5; P = 0.03-0.0054], suggesting a critical role for this pathway in pancreatic cancer progression. CSC-enriched sphere cultures also showed increased expression of different glutathione metabolism-related genes, as well as enhanced glutathione content in its reduced form (GSH). Glutathione depletion with BSO induced cell cycle arrest and apoptosis in spheres, and diminished the expression of stemness genes. Moreover, treatment with either BSO or the glutathione recycling inhibitor 6-AN inhibited self-renewal and the expression of the CSC marker CD133. GSH content in spheres positively correlated with intrinsic resistance to gemcitabine treatment in different PDXs r = 0.96, P = 5.8 × 1011). Additionally, CD133+ cells accumulated GSH in response to gemcitabine, which was abrogated by BSO treatment (P < 0.05). Combined treatment with BSO and gemcitabine-induced apoptosis in CD133+ cells to levels comparable to CD133- cells and significantly diminished self-renewal (P < 0.05), suggesting that chemoresistance of CSCs is partially dependent on GSH metabolism. CONCLUSION Our data suggest that pancreatic CSCs depend on glutathione metabolism. Pharmacological targeting of this pathway showed that high GSH content is essential to maintain CSC functionality in terms of self-renewal and chemoresistance.

Palabras clave

cancer stem cellschemoresistanceglutathionepancreatic cancerredoxCancer stem cellsCapacityChemoresistanceDamageGlutathioneGrowthInhibitionNrf2Pancreatic cancerPeroxidase 4PhenotypePromotesRedoxResistanceSelf-renewal

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista World Journal of Stem Cells debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2020, se encontraba en la posición 72/195, consiguiendo con ello situarse como revista Q2 (Segundo Cuartil), en la categoría Cell Biology. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada en el Cuartil Q2 para la agencia Scopus (SJR) en la categoría Histology.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales proporcionadas por WoS (ESI, Clarivate), arroja un valor para la normalización de citas relativas a la tasa de citación esperada de: 2.21. Esto indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 14 Nov 2024)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 2.3 (fuente consultada: FECYT Feb 2024)
  • Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions: 12.1 (fuente consultada: Dimensions Jul 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-07-16, el siguiente número de citas:

  • WoS: 30
  • Scopus: 47
  • Google Scholar: 45

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-07-16:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 53.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 56 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 4.1.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 6 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: China.