Resumen de Redox regulation of proteome, metabolism and signaling in hepatocarcinoma tumor cells
El peróxido de hidrógeno (H2O2) es una especie reactiva de oxígeno (ERO) que actúa como molécula señalizadora oxidando residuos de cisteína sensibles de proteínas diana, afectando a su función. Los sistemas Tiorredoxina/Trx reductasa (Trx/TrxR) y Glutarredoxina/glutatión (Grx/GSH) juegan un papel muy importante tanto en el mantenimiento de la homeostasis redox como en señalización mediante la reducción de residuos de cisteína oxidados reversiblemente. Las Peroxirredoxinas (Prdx) son importantes, no solo por eliminar el peróxido de hidrógeno, sino también por actuar como transductores de las señales del peróxido. El objetivo principal de este proyecto es estudiar las funciones de las redoxinas (Trx1, Grx1 y Prdx6) en señalización celular y metabolismo en líneas derivadas de hepatocarcinoma.
El primer paso se ha llevado a cabo empleando como modelo experimental la línea celular derivada de hepatocarcinoma (HepG2) bajo condiciones normales y de estrés oxidativo/nitrosativo. Nuestro grupo ha demostrado que el silenciamiento de Trx1 o Grx1 provoca grandes cambios en el proteoma redox reflejado en cambios significativos en la ratio reducido/oxidado de cisteínas de enzimas como la Cys247 de la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) y Cys255 de la triosafosfato isomerasa (TPI) que afectan a su actividad. El silenciamiento de Trx1 aumenta el flujo glucolítico e induce remodelado de la membrana lipídica como indica el incremento de esfingomielinas y ceramidas. Por otro lado, el silenciamiento de Grx1 disminuye el flujo glucolítico y aumenta la síntesis de ácidos grasos y fosfolípidos estimulando lipogenesis. Los resultados indican que, a pesar de que ambas redoxinas tienen un buen número de cisteínas diana comunes, su silenciamiento provoca cambios metabólicos diferentes. Entre las dianas redox de la Grx1 se encuentra la Cys91, no peroxidática, de la Prdx6.
La Prdx6 es el único miembro de la familia de las peroxiredoxinas de 1-Cys en humanos, que además posee actividad fosfolipasa A2 (PLA2). Su silenciamiento en HepG2 disminuye la proliferación y el número de células mientras que el volumen celular aumenta. El metabolismo celular también se ve afectado ya que la entrada de glucosa y la biosíntesis de nucleótidos disminuyen mientras que los niveles de amino ácidos, poliaminas, fosfolípidos y la mayoría de glicolípidos aumentan. Por otro lado, el estudio del proteoma global muestra un aumento en el tráfico de vesículas mientras que el proteoma redox muestra cambios en diversas enzimas del metabolismo de carbohidratos, entre las que se encuentran la Cys368 de la hexoquinasa 2 (HK2), las Cys55 y Cys63 de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa 2 (PCK2), y las Cys18-19 y Cys281 de la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa (PHGDH). Los resultados indican que el silenciamiento de Prdx6 induce tanto un remodelado metabólico predominante hacia un flujo gluconeogénico desde amino ácidos con desviación hacia la síntesis de serina y otras vías biosintéticas, como detención del ciclo celular, probablemente en la transición G1/S.
El tratamiento estándar de hepatocarcinoma consiste en la administración de Sorafenib, que va asociado a cambios redox. Sin embargo, en estados avanzados de la enfermedad se suele dar una resistencia a este tratamiento. Nuestro siguiente paso ha sido comprobar si estas acciones de las redoxinas descritas anteriormente tienen lugar también en los estados avanzados de hepatocarcinoma. Se han seleccionado tres líneas de hepatoblastoma (HepG2, SNU423 y SNU475) con distinto grado de transición epitelio-mesenquimal o desdiferenciación y por tanto, de creciente potencial invasivo y malignidad, tratadas con Sorafenib y/o silenciando la Trx1. El tratamiento con Sorafenib indujo cambios reductores en cisteínas de proteínas clave en la señalización tumoral, tales como STAT3, MAPK y Akt, en las tres líneas celulares. Sin embargo, sólo se observaron grandes cambios en el proteoma global en células en estado intermedio de desdiferenciación (SNU423). El silenciamiento de Trx1 no tuvo un gran efecto en el proteoma global de las tres líneas, pero contrarrestó el efecto reductor del Sorafenib sobre un grupo tiol de STAT3 y sensibilizó a las células de hepatocarcinoma más mesenquimales (SNU475) frente al Sorafenib, inactivando la vía de TGFß1 y estimulando la vía de señalización HIPPO.
Conclusiones:
- Tanto Trx1 como Grx1 están involucradas en la modificación redox de cisteínas dianas de varias enzimas glucolíticas que afectan a su actividad y dan lugar a cambios opuestos en el flujo metabólico a través de toda la vía. Estos cambios son parte de un mecanismo adaptativo generalizado destinado a redistribuir los flujos metabólicos entre la glucólisis y vías derivadas de estas para responder a cambios sutiles en el entorno celular redox. En condiciones de estrés nitrosativo por sobreexpresión de NOS3, el silenciamiento de Trx1 induce cambios reductores en algunas cisteínas proteicas, en contra de lo que cabría esperar de una proteína antioxidante, seguramente debido a su acción sobre la NOS3. Estos resultados reflejan la sensibilidad del equilibrio redox a cambios en cualquiera de los elementos implicados y la dificultad de predecir los efectos de un determinado cambio.
- La multifuncionalidad de la Prdx6 se refleja en la complejidad de la respuesta celular a su silenciamiento, que abarca desde cambios en rutas metabólicas y señalización hasta alteraciones del proteoma redox y el recambio de la membrana con efectos en la proliferación y progresión del ciclo celular. La célula se prepara para entrar en la fase G1 del ciclo pero es incapaz de alcanzar la fase S. Está por determinar qué actividad o ambas de la Prdx6 es responsable de dichos cambios y cuáles son los mecanismos detallados que conducen a estos efectos.
- El tratamiento del Sorafenib tiene un efecto limitado en células de hepatocarcinoma menos diferenciadas que presentan altos niveles de Trx1/TrxR1, las cuales se esperan que estén en mayor proporción en el estado avanzado de la enfermedad. Sin embargo, la aplicación combinada del Sorafenib y el silenciamiento de la Trx1, lo cual implica cambios redox en STAT3, afecta a rutas de señalización involucradas en el potencial metastásico e invasivo de las células mesenquimales. Por lo tanto, los resultados apoyan la idea de que el tratamiento combinado de Sorafenib con inhibidores de la Trx1 podría ayudar al diseño de terapias más efectivas contra el hepatocarcinoma en estado avanzado resistente a Sorafenib.
