Synergic effect of metformin and everolimus on mitochondrial dynamics of renal cell carcinoma

Abstract

Renal cell carcinoma (RCC) frequently recurs or metastasizes after surgical resection. Everolimus, an mTOR inhibitor, is used as a second-line treatment, but the response of RCC to everolimus is insufficient. Metformin is an antidiabetic drug; recent reports have indicated its anticancer effects in various cancers, and it is known to have synergistic effects with other drugs. We investigated the possibility of coadministering everolimus and metformin as an effective treatment for RCC. RCC cells treated with a combination of the two drugs showed significantly inhibited cell viability, cell migration, and invasion, and increased apoptosis compared to those treated with each drug alone. An anti-cancer synergistic effect was also confirmed in the xenograft model. Transcriptome analysis for identifying the underlying mechanism of the combined treatment showed the downregulation of mitochondrial fusion genes and upregulation of mitochondrial fission genes by the combination treatment. Changes in mitochondrial dynamics following the combination treatment were observed using LysoTracker, LysoSensor, and JC-1 staining. In conclusion, the combination of everolimus and metformin inhibited RCC growth by disrupting mitochondrial dynamics. Therefore, we suggest that a treatment combining metformin and everolimus disrupts mitochondrial dynamics in RCC, and may be a novel strategy for RCC treatment. 신장세포암종(Renal cell carcinoma, RCC)은 수술적 절제 이후 재발 또는 전이가 빈번하게 발생한다. 에버로리무스(everolimus)는 mTOR 억제제로, 신장세포암종의 2차 항암치료제로 권고되지만, 치료 반응은 좋지않다. 메트포르민은 당뇨병 치료제로, 최근의 연구에서 여러 암종에 항암 효과가 보여주고 있고, 더욱이 다른 항암약물과의 상승효과를 보인다고 보고하고 있다. 본 연구는 에버로리무스와 메트포르민을 상승효과가 신장세포암종 에도 효과적인 치료 효과를 보이는지 확인하고자 하였다. 두 약물을 병용 처리한 신장세포암종 세포는 각각의 단독 투여군에 비해 세포 생존율, 세포 이동 및 침투가 유의하게 억제되었으며, 세포사멸에 유의미한 효과를 보였다. 종양이식 모델에서도 항암의 상승효과를 확인되었다. 병용 치료의 기저 메커니즘을 확인하기 위한 전사체 분석에서는 병용 치료로 미토콘드리아 융합 유전자의 억제 및 미토콘드리아 분열 유전자의 상향 조절이 확인되었다. 병용 치료 이후의 미토콘드리아 역학(mitochondrial dynamics) 변화는 LysoTracker, LysoSensor 및 JC-1 염색을 사용하여 관찰하였다. 결론적으로, 에버로리무스와 메트포르민의 병용투여는 미토콘드리아 역학을 교란시켜 신장세포암종 성장을 억제함을 실험적으로 확인하였다. 따라서, 에버로리무스와 메트포르민의 병용 치료는 신장세포암종의 미토콘드리아 역학을 교란시키는 혁신적인 치료 전략일 수 있다.