RESUMO: O crescimento de um organismo é influenciado pelo aumento do número total de células, através da proliferação de células progenitoras. Células progenitoras são células estaminais multipotentes, com a capacidade de se auto renovar e gerar células mais diferenciadas, dando origem à diversidade celular existente no animal. Torna-se então importante que a proliferação, destino e duração destas células seja regulada durante o crescimento do organismo. Caso ocorram desregulações nestes mecanismos, estas células podem-se auto renovar em excesso, levando ao crescimento neoplásico e à formação de tumores. Atualmente, pensa-se que os tumores são na realidade uma população heterogénea de células, com algumas células estaminais cancerígenas na base da sua organização hierárquica. Este tipo de células estaminais deixa de responder a sinais que ditam a regulação da sua proliferação e duração e são, provavelmente, as principais responsáveis pela reincidência de tumores após tratamentos. Para além disso, presume-se que o nicho possa ter um papel relevante no crescimento destes tumores. O nicho são células específicas do microambiente de células estaminais, responsáveis pela proteção e regulação da proliferação e destino das mesmas. Assim, a visão atual é que as células estaminais cancerígenas são capazes de boicotar o seu próprio nicho de forma a suportar metabolicamente a sua alta taxa de divisão celular. Um óptimo modelo para compreender como é que as células estaminais cancerígenas regulam a sua proliferação são as células estaminais neuronais de Drosophila melanogaster, também chamadas de neuroblastos. Estas células têm origem no tecido embrionário e proliferam durante todo o desenvolvimento larvar até desparecerem durante o estadio da pupa. Os neuroblastos têm a capacidade de se dividir assimetricamente através da segregação de determinantes herdados pela sua célula filha, de modo a que esta se diferencie. Porém, mutações nestes determinantes, tais como no gene brat, podem levar à produção excessiva de neuroblastos e subsequente formação de tumores no cérebro de mosca. Neuroblastos mutantes homozigóticos para brat deixam de responder a sinais que regulam a sua proliferação e sobrevivem até à fase adulta. Para além disso, estes neuroblastos cancerígenos comportam-se como células imortais, dado que continuam a proliferar após vários transplantes em hóspedes adultos. No entanto, assim que isolados em cultura, neuroblastos cancerígenos perdem a sua elevada capacidade proliferativa, comportando-se como neuroblastos normais. Este problema, levou à hipótese de que o microambiente/nicho estão envolvidos na proliferação in vivo de neuroblastos cancerígenos, através do fornecimento de nutrientes e metabolitos essenciais. O raciocínio por de trás desta hipótese advém do facto do metabolismo ter uma grande influência na regulação do destino e proliferação dos neuroblastos de tipo selvagem. Assim, o objetivo deste projeto foi estudar a dependência metabólica de neuroblastos cancerígenos do seu microambiente. Em primeiro lugar, concluí que existem vários transportadores metabólicos da membrana plasmática que aumentaram a sua expressão em neuroblastos cancerígenos, de forma a aumentar a captação de metabolitos. Por fim, através da análise destes transportadores foi possível identificar que metabolitos/nutrientes providentes de fontes extracelulares são essenciais para o crescimento de tumores com depleção de Brat.

ABSTRACT: The development of an organism is highly influenced by the proliferation of progenitor cells. Progenitor cells are multipotent stem cells, with the ability to self-renew and generate more differentiated daughter cells, giving rise to the cellular diversity in animals. However, it is important that stem cells tightly regulate their proliferation, fate and lifespan, since a dysregulation in these processes can lead to excess self-renewal and formation of tumors. The current view in the field dictates that tumors are composed of heterogenous cell populations with cancer stem cells at the base of this hierarchical organization. It is though that cancer stem cells are no longer responsive to regulatory mechanisms that would tightly balance normal stem cell proliferation, differentiation and lifespan. Most of these signals are derived from their niche, the specific microenvironment around stem cells that protects, nurtures and balances stem cell properties. It is usually thought that cancer stem cells have the capacity to take advantage of their own niche to support overproliferation, like normal malignant neoplasms. Altogether, understanding how this type of malignant cells are regulated and depend on their own microenvironment is very important for the design of future therapies. To understand how cancer stem cells regulate their proliferation, Drosophila has emerged as great model, in particular Drosophila neural stem cells, the neuroblasts (NBs). Neurogenesis in flies begins with the generation of NBs in embryo stages that continue to proliferate until they reach early pupal stages and disappear. NBs have the capacity to divide asymmetrically by differentially segregating cell fate determinants, allowing their self-renewal and the generation of a more committed daughter cell, in this case neurons or glia. However, defects in NB asymmetric division, caused by mutations in cell fate determinants, like Brain tumor (Brat), lead to uncontrolled proliferation and subsequent tumor formation. While wild-type NBs should exit proliferation during pupal stages, brat-/- tumor-like NBs are able to divide indefinitely and survive until adulthood. Furthermore, these tumors can form metastasis and continue to proliferate after serial transplantations into adult hosts. Interestingly, tumor-like NBs lose the capacity to form tumors once they are isolated in vitro. This suggests that the tumor niche and microenvironment could be involved in sustaining tumorigenesis in vivo. Therefore, in this study, I demonstrate that the tumor microenvironment could be fuelling tumor-like NBs with essential metabolites and nutrients to allow tumor growth. The rationale behind this, lies on the fact wild-type NBs’ fate and proliferation potential highly depend on metabolism. Here, I analyse the metabolic dependency of tumors from their microenvironment and show that Brat depleted tumor-like NBs are able to upregulate many plasma membrane metabolic transporters to increase external nutrient uptake. Subsequently, I demonstrate that blocking some of these transporters can lead to a reduction in tumor growth, indicative that external nutrients/metabolites are essential for tumor-like NB proliferation.