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10.05.2018 | Research Article | Ausgabe 1/2019

Molecular Imaging and Biology 1/2019

Androgen Receptor Signaling in Castration-Resistant Prostate Cancer Alters Hyperpolarized Pyruvate to Lactate Conversion and Lactate Levels In Vivo

Zeitschrift:
Molecular Imaging and Biology > Ausgabe 1/2019
Autoren:
Niki Zacharias, Jaehyuk Lee, Sumankalai Ramachandran, Sriram Shanmugavelandy, James McHenry, Prasanta Dutta, Steven Millward, Seth Gammon, Eleni Efstathiou, Patricia Troncoso, Daniel E. Frigo, David Piwnica-Worms, Christopher J Logothetis, Sankar N Maity, Mark A Titus, Pratip Bhattacharya
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (https://​doi.​org/​10.​1007/​s11307-018-1199-6) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Abstract

Purpose

Androgen receptor (AR) signaling affects prostate cancer (PCa) growth, metabolism, and progression. Often, PCa progresses from androgen-sensitive to castration-resistant prostate cancer (CRPC) following androgen-deprivation therapy. Clinicopathologic and genomic characterizations of CRPC tumors lead to subdividing CRPC into two subtypes: (1) AR-dependent CRPC containing dysregulation of AR signaling alterations in AR such as amplification, point mutations, and/or generation of splice variants in the AR gene; and (2) an aggressive variant PCa (AVPC) subtype that is phenotypically similar to small cell prostate cancer and is defined by chemotherapy sensitivity, gain of neuroendocrine or pro-neural marker expression, loss of AR expression, and combined alterations of PTEN, TP53, and RB1 tumor suppressors. Previously, we reported patient-derived xenograft (PDX) animal models that contain characteristics of these CRPC subtypes. In this study, we have employed the PDX models to test metabolic alterations in the CRPC subtypes.

Procedures

Mass spectrometry and nuclear magnetic resonance analysis along with in vivo hyperpolarized 1-[13C]pyruvate spectroscopy experiments were performed on prostate PDX animal models.

Results

Using hyperpolarized 1-[13C]pyruvate conversion to 1-[13C]lactate in vivo as well as lactate measurements ex vivo, we have found increased lactate production in AR-dependent CRPC PDX models even under low-hormone levels (castrated mouse) compared to AR-negative AVPC PDX models.

Conclusions

Our analysis underscores the potential of hyperpolarized metabolic imaging in determining the underlying biology and in vivo phenotyping of CRPC.

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