[en] Mitochondrial metabolism has attracted increasing attention from the scientific community due to its essential role in modifying cell function and its ability to adapt to the cell state. In cancer, mitochondria modulate their metabolism according to the cell characteristics and demands; for instance, they promote aggressiveness and invasiveness in response to an energy demand or compensate for the impairment of other cellular metabolic pathways1. The essential role of mitochondria in cancer cell progression2 and the unique characteristics of mitochondria in cancer cells (e.g., mitochondrial membrane depolarization, high reactive oxygen species levels)3 makes mitochondria an attractive target for new cancer therapeutic approaches. In this context, mitochondrial evaluations remain essential to understanding their function and adaptation during cancer progression and after cancer treatment, which requires methods that allow the specific evaluation of mitochondria. Mitochondrial respiration (comprising oxygen consumption, reactive oxygen species levels, and mitochondrial membrane potential)4,5 represents the most common mitochondrial function studied by researchers; however, mitochondrial metabolism, closely related to mitochondrial respiration functioning, remains poorly assessed. The research developed in this thesis focuses on developing an NMR-based metabolomic methodology for the specific evaluation of mitochondrial metabolism in preclinical triple negative breast cancer models. We applied the optimized methodology to in vitro evaluate mitochondrial modulation after treatment with free palbociclib and a polypeptide-based palbociclib conjugate. We confirmed and complemented NMR metabolomic outcomes with mass spectrometry metabolomics and lipidomics and NMR and mass spectrometry fluxomics. Finally, we applied the developed metabolomics methodology to obtain the mitochondrial metabolic signature of in vivo breast tumors and assess mitochondrial metabolic modulation in metastatic tissues.

[es] En los últimos años el metabolismo mitocondrial ha llamado la atención de la comunidad científica debido a su papel fundamental para el correcto funcionamiento celular y a su capacidad de adaptarse al estado de la célula. En cáncer, las mitocondrias modulan su metabolismo de acuerdo a las características y demandas celulares, por ejemplo, para promover la agresividad e invasividad, en respuesta a una demanda energética o para compensar la disfunción de otras rutas metabólicas1. El papel esencial que juega la mitocondria en la progresión del cáncer2 y sus características únicas en las células tumorales (p.ej., despolarización de la membrana mitocondrial, elevados niveles de especies reactivas de oxígeno)3 han convertido a este orgánulo en una atractiva diana terapéutica para el tratamiento del cáncer. En este contexto, la evaluación de las mitocondrias es esencial para comprender su funcionamientos y adaptación durante el desarrollo del cáncer y tras el tratamiento, por lo cual necesitamos métodos que nos permitan evalúan específicamente las mitocondrias. En general, los estudios mitocondriales suelen centrarse en la evaluación de la respiración mitocondrial (p.ej., consumo de oxígeno, niveles de especies reactivas de oxígeno y potencial de la membrana mitocondria)4,5; sin embargo, el metabolismo mitocondrial, el cual está muy relacionado con el funcionamiento de la respiración mitocondrial, apenas se ha estudiado. La investigación de esta tesis incluye el desarrollo de una metodología metabolómica mediante resonancia magnética nuclear (NMR) para el estudio específico del metabolismo mitocondrial en modelos preclínicos de cáncer de mama triple negativo. In vitro, aplicamos la metodología optimizada para estudiar la modulación del metabolismo mitocondrial tras el tratamiento con palbociclib y con un conjugado polipéptido-palbociclib. Además, los resultados del estudio por RMN fueron confirmados y complementados utilizando metabolómica y lipidómica mediante espectrometría de masas (MS) y estudios fluxómicas mediante NMR y MS. In vivo, aplicamos el método desarrollado para obtener el perfil metabolómico mitocondrial de los tumores de cáncer de mama y la modulación metabólica mitocondrial en tejidos metastásicos.