Metabolismo del glucosio nel reticolo endoplasmatico e controllo del folding proteico e dell’autofagia

Abstract

Il metabolismo del glucosio nelle cellule tumorali presenta un’organizzazione funzionale e spaziale complessa, che coinvolge non solo il citosol ma anche compartimenti subcellulari specifici come il reticolo endoplasmatico (RE). In questa tesi si analizza il ruolo degli enzimi esoso-6-fosfato deidrogenasi (H6PD) e glucosio-6-fosfatasi (G6Pasi) nel metabolismo del glucosio-6P (G6P) all'interno del RE in cellule di carcinoma mammario triplo negativo (TNBC), le MDA-MB-231. L’obiettivo è comprendere in che modo questi due enzimi, con attività competitive sul G6P, influenzino la proliferazione, lo stato ossido-riduttivo e il metabolismo cellulare. Attraverso tecniche di silenziamento genico, misure metaboliche (Seahorse), imaging confocale e saggi molecolari, è emerso che l’H6PD è essenziale per la proliferazione e l’omeostasi redox, mentre la G6Pasi ha maggiormente un ruolo di regolazione della plasticità cellulare e della struttura reticolare. Il doppio silenziamento causa gravi alterazioni funzionali e strutturali del RE, con accumulo intracellulare di G6P, attivazione dell’unfolded protein response (UPR), ovvero dei meccanismi di omeostasi proteica, squilibrio del rapporto NADPH/NADP e disfunzione nel flusso intracellulare del calcio. I risultati ottenuti supportano l’idea che il metabolismo reticolare del G6P rappresenti un nodo centrale della sopravvivenza tumorale e, quindi, un potenziale bersaglio terapeutico.

Glucose metabolism in cancer cells exhibits a complex functional and spatial organization, involving not only the cytosol but also specific subcellular compartments such as the endoplasmic reticulum (ER). This thesis investigates the role of two ER-localized enzymes, hexose-6-phosphate dehydrogenase (H6PD) and glucose-6-phosphatase (G6Pase), in the metabolism of glucose-6-phosphate (G6P) within triple-negative breast cancer (TNBC) cells, specifically the MDA-MB-231 line. The aim is to understand how these two enzymes, which compete for the same substrate, affect cell proliferation, redox homeostasis, and overall metabolic regulation. Through gene silencing techniques, metabolic profiling (Seahorse analysis), confocal imaging, and molecular assays, it was found that H6PD is essential for sustaining cell proliferation and redox balance, while G6Pase mainly contributes to regulating ER structure and cellular plasticity. Dual knockdown of both enzymes leads to severe functional and structural disruptions of the ER, with intracellular accumulation of G6P, activation of the unfolded protein response (UPR), imbalance of the NADPH/NADP⁺ ratio, and impairment of intracellular calcium dynamics. The findings support the hypothesis that ER-based G6P metabolism plays a central role in tumor cell survival, identifying this pathway as a potential therapeutic target.