Melatonin modulates metabolic adaptation of pancreatic stellate cells subjected to hypoxia

Abstract

Pancreatic stellate cells (PSCs), the main cell type responsible for the development of fibrosis in pancreatic cancer, proliferate actively under hypoxia. Melatonin has received attention as a potential antifibrotic agent due to its anti-proliferative actions on PSCs. In this work, we investigated the activation of the PI3K/Akt/mTOR pathway and the metabolic adaptations that PSCs undergo under hypoxic conditions, as well as the probable modulation by melatonin. Incubation of cells under hypoxia induced an increase in cell proliferation, and in the expression of alpha-smooth muscle actin and of collagen type 1. In addition, an increase in the phosphorylation of Akt was observed, whereas a decrease in the phosphorylation of PTEN and GSK-3b was noted. The phosphorylation of mTOR and its substrate p70 S6K was decreased under hypoxia. Treatment of PSCs with melatonin under hypoxia diminished cell proliferation, the levels of alpha-smooth muscle actin and of collagen type 1, the phosphorylation of Akt and increased phosphorylation of mTOR. Mitochondrial activity decreased in PSCs under hypoxia. A glycolytic shift was observed. Melatonin further decreased mitochondrial activity. Under hypoxia, no increase in autophagic flux was noted. However, melatonin treatment induced autophagy activation. Nevertheless, inhibition of this process did not induce detectable changes in the viability of cells treated with melatonin. We conclude that PSCs undergo metabolic adaptation under hypoxia that might help them survive and that pharmacological concentrations of melatonin modulate cell responses to hypoxia. Our results contribute to the knowledge of the mechanisms by which melatonin could modulate fibrosis within the pancreas.

Las células estrelladas pancreáticas (PSC), el principal tipo de célula responsable del desarrollo de fibrosis en el cáncer de páncreas, proliferan activamente bajo hipoxia. La melatonina ha recibido atención como agente antifibrótico potencial debido a sus acciones antiproliferativas en las PSC. En este trabajo investigamos la activación de la vía PI3K/Akt/mTOR y las adaptaciones metabólicas que experimentan las PSC en condiciones de hipoxia, así como la probable modulación por la melatonina. La incubación de células en hipoxia indujo un aumento en la proliferación celular, y en la expresión de actina de músculo liso alfa y de colágeno tipo 1. Además, se observó un aumento en la fosforilación de Akt, mientras que una disminución en la fosforilación de PTEN y Se observó GSK-3b. La fosforilación de mTOR y su sustrato p70 S6K disminuyó bajo hipoxia. El tratamiento de las CEP con melatonina en hipoxia disminuyó la proliferación celular, los niveles de actina de músculo liso alfa y de colágeno tipo 1, la fosforilación de Akt y el aumento de la fosforilación de mTOR. La actividad mitocondrial disminuyó en las PSC bajo hipoxia. Se observó un cambio glucolítico. La melatonina disminuyó aún más la actividad mitocondrial. Bajo hipoxia, no se observó aumento en el flujo autofágico. Sin embargo, el tratamiento con melatonina indujo la activación de la autofagia. Sin embargo, la inhibición de este proceso no indujo cambios detectables en la viabilidad de las células tratadas con melatonina. Concluimos que las PSC se someten a una adaptación metabólica bajo hipoxia que podría ayudarlas a sobrevivir y que las concentraciones farmacológicas de melatonina modulan las respuestas celulares a la hipoxia. Nuestros resultados contribuyen al conocimiento de los mecanismos por los cuales la melatonina podría modular la fibrosis dentro del páncreas.