Short-term starvation increases the effectiveness of chemotherapy against a wide range of tumor cell types.

Background There is growing awareness that tumour cells build up a “self-advantageous” microenvironment that reduces effectiveness of anti-tumour immune response. While many different immunosuppressive mechanisms are likely to come into play, recent evidence suggests that extracellular adenosine acting at A2A receptors may have a major role in down-modulating the immune response as cancerous tissues contain elevated levels of adenosine and adenosine break-down products. While there is no doubt that all cells possess plasma membrane adenosine transporters that mediate adenosine uptake and may also allow its release, it is now clear that most of extracellularly-generated adenosine originates from the catabolism of extracellular ATP. Methodology/Principal Findings Measurement of extracellular ATP is generally performed in cell supernatants by HPLC or soluble luciferin-luciferase assay, thus it generally turns out to be laborious and inaccurate. We have engineered a chimeric plasma membrane-targeted luciferase that allows in vivo real-time imaging of extracellular ATP. With this novel probe we have measured the ATP concentration within the tumour microenvironment of several experimentally-induced tumours. Conclusions/Significance Our results show that ATP in the tumour interstitium is in the hundrends micromolar range, while it is basically undetectable in healthy tissues. Here we show that a chimeric plasma membrane-targeted luciferase allows in vivo detection of high extracellular ATP concentration at tumour sites. On the contrary, tumour-free tissues show undetectable extracellular ATP levels. Extracellular ATP may be crucial for the tumour not only as a stimulus for growth but also as a source of an immunosuppressive agent such as adenosine. Our approach offers a new tool for the investigation of the biochemical composition of tumour milieu and for development of novel therapies based on the modulation of extracellular purine-based signalling.

Strategies to treat cancer have focused primarily on the killing of tumor cells. Here, we describe a differential stress resistance (DSR) method that focuses instead on protecting the organism but not cancer cells against chemotherapy. Short-term starved S. cerevisiae or cells lacking proto-oncogene homologs were up to 1,000 times better protected against oxidative stress or chemotherapy drugs than cells expressing the oncogene homolog Ras2 val19 . Low-glucose or low-serum media also protected primary glial cells but not six different rat and human glioma and neuroblastoma cancer cell lines against hydrogen peroxide or the chemotherapy drug/pro-oxidant cyclophosphamide. Finally, short-term starvation provided complete protection to mice but not to injected neuroblastoma cells against a high dose of the chemotherapy drug/pro-oxidant etoposide. These studies describe a starvation-based DSR strategy to enhance the efficacy of chemotherapy and suggest that specific agents among those that promote oxidative stress and DNA damage have the potential to maximize the differential toxicity to normal and cancer cells.

Mesenchymal stem cells (MSC) establish close interactions with bone marrow sinusoids in a putative perivascular niche. These vessels contain a large storage pool of mature nonproliferating neutrophils. Here, we have investigated the effects of human bone marrow MSC on neutrophil survival and effector functions. MSC from healthy donors, at very low MSC:neutrophil ratios (up to 1:500), significantly inhibited apoptosis of resting and interleukin (IL)-8-activated neutrophils and dampened N-formyl-l-methionin-l-leucyl-l-phenylalanine (f-MLP)-induced respiratory burst. The antiapoptotic activity of MSC did not require cell-to-cell contact, as shown by transwell experiments. Antibody neutralization experiments demonstrated that the key MSC-derived soluble factor responsible for neutrophil protection from apoptosis was IL-6, which signaled by activating STAT-3 transcription factor. Furthermore, IL-6 expression was detected in MSC by real-time reverse transcription-polymerase chain reaction and enzyme-linked immunosorbent assay. Finally, recombinant IL-6 was found to protect neutrophils from apoptosis in a dose-dependent manner. MSC had no effect on neutrophil phagocytosis, expression of adhesion molecules, and chemotaxis in response to IL-8, f-MLP, or C5a. These results support the following conclusions: (a) in the bone marrow niche, MSC likely protect neutrophils of the storage pool from apoptosis, preserving their effector functions and preventing the excessive or inappropriate activation of the oxidative metabolism, and (b) a novel mechanism whereby the inflammatory potential of activated neutrophils is harnessed by inhibition of apoptosis and reactive oxygen species production without impairing phagocytosis and chemotaxis has been identified.

Abstract The P2X7 receptor is an ATP-gated ion channel known for its cytotoxic activity. However, recent evidence suggests a role for P2X7 in cell proliferation. Here, we found that P2X7 exhibits significant growth-promoting effects in vivo. Human embryonic kidney cells expressing P2X7 exhibited a more tumorigenic and anaplastic phenotype than control cells in vivo, and the growth rate and size of these tumors were significantly reduced by intratumoral injection of the P2X7 inhibitor–oxidized ATP. The accelerated growth of P2X7-expressing tumors was characterized by increased proliferation, reduced apoptosis, and a high level of activated transcription factor NFATc1. These tumors also showed a more developed vascular network than control tumors and secreted elevated amounts of VEGF. The growth and neoangiogenesis of P2X7-expressing tumors was blocked by intratumoral injection of the VEGF-blocking antibody Avastin (bevacizumab), pharmacologic P2X7 blockade, or P2X7 silencing in vivo. Immunohistochemistry revealed strong P2X7 positivity in several human cancers. Together, our findings provide direct evidence that P2X7 promotes tumor growth in vivo. Cancer Res; 72(12); 2957–69. ©2012 AACR.

Abstract Inhibitors of the insulin-like growth factor-I (IGF-I) receptor have been widely studied for their ability to enhance the killing of a variety of malignant cells, but whether IGF-I signaling differentially protects the host and cancer cells against chemotherapy is unknown. Starvation can protect mice, but not cancer cells, against high-dose chemotherapy [differential stress resistance (DSR)]. Here, we offer evidence that IGF-I reduction mediates part of the starvation-dependent DSR. A 72-hour fast in mice reduced circulating IGF-I by 70% and increased the level of the IGF-I inhibitor IGFBP-1 by 11-fold. LID mice, with a 70% to 80% reduction in circulating IGF-I levels, were protected against three of four chemotherapy drugs tested. Restoration of IGF-I was sufficient to reverse the protective effect of fasting. Sixty percent of melanoma-bearing LID mice treated with doxorubicin achieved long-term survival whereas all control mice died of either metastases or chemotherapy toxicity. Reducing IGF-I/IGF-I signaling protected primary glia, but not glioma cells, against cyclophosphamide and protected mouse embryonic fibroblasts against doxorubicin. Further, S. cerevisiae lacking homologs of IGF-I signaling proteins were protected against chemotherapy-dependent DNA damage in a manner that could be reversed by expressing a constitutively active form of Ras. We conclude that normal cells and mice can be protected against chemotherapy-dependent damage by reducing circulating IGF-I levels and by a mechanism that involves downregulation of proto-oncogene signals. Cancer Res; 70(4); 1564–72