Unveiling the role of the MCU complex in cell cycle regulation, tumor progression and metastasis of NSCLC

Lung cancer is one of the most frequently diagnosed cancers and is the leading cause of cancer-related death worldwide. Non-small-cell lung cancer (NSCLC) represents approximately 85% of all new lung cancer cases. Our understanding on lung cancer is rapidly evolving, particularly in relation to the molecular basis of this disease. However, for metastatic or stage IV NSCLC there is only a systemic therapy to shrink the cancer and no specific treatment works for every patient. In recent years, it has become increasingly necessary to investigate the role of Ca²⁺ signaling, an ion involved in numerous pathological and non-pathological conditions, including cancer. To date, various studies have contributed to defining the significant role that increases or decreases in intracellular Ca²⁺ concentration play in tumor progression. This thesis investigates the role of Ca²⁺ signaling between mitochondria and the endoplasmic reticulum (ER) in cell cycle progression, tumor aggressiveness, and metastatic potential using human and mouse non-small cell lung cancer (NSCLC). NCI-H460 cells exhibit increased mitochondrial Ca²⁺ uptake during mitosis, driven by MCU complex upregulation, supporting rapid proliferation, elevated ROS production, and tumor aggressiveness. MCU silencing impaired G2/M transition, reduced proliferation, and increased DNA damage in NCI-H460 cells, while Calu3 cells displayed minimal sensitivity. KP cells emerged as a robust model for studying epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and metastasis. MCU silencing in KP cells significantly impaired EMT markers, including Vimentin expression, and reduced metastatic dissemination in in vivo without affecting primary tumor growth. These findings underscore MCU's role in driving EMT-related processes and metastatic colonization, independent of its impact on proliferation. The study highlights MCU as a critical regulator of EMT, mitochondrial function, and metastatic behavior, with KP cells providing a valuable platform for dissecting EMT mechanisms. This work lays the foundation for studying potential future interventions aimed at reversing the malignant profile of metastatic cells through the modulation of proteins involved in mitochondrial calcium signaling.

Il cancro ai polmoni è uno dei tumori più frequentemente diagnosticati ed è la principale causa di morte per cancro a livello mondiale. Il carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC) rappresenta circa l'85% di tutti i nuovi casi di cancro ai polmoni. La nostra comprensione del cancro polmonare sta evolvendo rapidamente, in particolare per quanto riguarda la base molecolare di questa malattia. Tuttavia, per il NSCLC metastatico o in stadio IV, esiste solo una terapia sistemica volta a ridurre il tumore, ma nessun trattamento specifico è efficace per tutti i pazienti. Negli ultimi anni, è diventato sempre più necessario studiare il ruolo della segnalazione del Ca²⁺, uno ione coinvolto in numerose condizioni patologiche e non patologiche, incluso il cancro. Ad oggi, vari studi hanno contribuito a definire il ruolo significativo che l’aumento o la diminuzione della concentrazione intracellulare di Ca²⁺ gioca nella progressione tumorale. Questa tesi indaga il ruolo della segnalazione del Ca²⁺ tra i mitocondri e il reticolo endoplasmatico (ER) nella progressione del ciclo cellulare, nell’aggressività tumorale e nel potenziale metastatico, utilizzando modelli umani e murini di carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC). Le cellule NCI-H460 mostrano un aumento dell'assorbimento mitocondriale di Ca²⁺ durante la mitosi, guidato dalla sovraregolazione del complesso MCU, favorendo una rapida proliferazione, una maggiore produzione di ROS e un’aumentata aggressività tumorale. La silenziazione di MCU ha compromesso la transizione G2/M, ridotto la proliferazione e aumentato il danno al DNA nelle cellule NCI-H460, mentre le cellule Calu3 hanno mostrato una sensibilità minima. Le cellule KP si sono rivelate un modello robusto per studiare la transizione epitelio-mesenchimale (EMT) e la metastasi. La silenziazione di MCU nelle cellule KP ha significativamente compromesso i marcatori EMT, inclusa l'espressione di Vimentina, e ridotto la disseminazione metastatica in vivo senza influenzare la crescita del tumore primario. Questi risultati evidenziano il ruolo di MCU nella regolazione dei processi legati all'EMT e alla colonizzazione metastatica, indipendentemente dal suo impatto sulla proliferazione. Lo studio sottolinea il ruolo cruciale di MCU come regolatore dell’EMT, della funzione mitocondriale e del comportamento metastatico, con le cellule KP che forniscono una piattaforma preziosa per lo studio dei meccanismi dell'EMT. Questo lavoro getta le basi per future ricerche volte a sviluppare interventi mirati a invertire il profilo maligno delle cellule metastatiche attraverso la modulazione delle proteine coinvolte nella segnalazione del calcio mitocondriale.