La melatonina como modulador de los cambios moleculares inducidos por la radioterapia y la quimioterapia en el cáncer de mama
- Autores: Javier Menéndez Menéndez
- Directores de la Tesis: Carlos Manuel Martínez Campa (dir. tes.), Carolina Alonso González (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Melatonin as modulator of the molecular changes induced by radiotherapy and chemotherapy on breast cancer
- Tribunal Calificador de la Tesis: Samuel Cos Corral (presid.), Pedro Casado Izquierdo (secret.), Juana Maria Garcia Pedrero (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología Molecular y Biomedicina por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
El cáncer de mama es una de las neoplasias más comunes en mujeres a nivel mundial. Tras una proliferación inicial normalmente dependiente de estrógenos, las células desarrollan fenotipos muy agresivos. Las terapias convencionales como la radioterapia y la quimioterapia han probado ser efectivas contra el cáncer. Sin embargo, estos tratamientos tienen algunos inconvenientes como graves efectos secundarios en aquellos tejidos que están en división activa. Otro problema derivado de su uso reiterado es el desarrollo de resistencia, la cual permite a las células sobrevivir y recuperar su actividad proliferativa. El tercer problema, menos caracterizado, es que estas terapias también alteran el transcriptoma y el proteoma de las células tumorales, contribuyendo a su malignidad. Por estas razones, es esencial la búsqueda de compuestos adyuvantes capaces de contribuir a los efectos antiproliferativos y proapoptóticos de la radioterapia y la quimioterapia, mitigando sus efectos adversos y/o revirtiendo la resistencia.
Uno de esos compuestos es la melatonina, una hormona producida en la glándula pineal que presenta un pico de secreción nocturno, la cual actúa como un agente oncostático reduciendo el crecimiento y el desarrollo de tumores mamarios estrógenodependientes, principalmente gracias a sus propiedades antiestrogénicas (SERM y SEEM), por las cuales es considerada un excelente adyuvante para las terapias convencionales. Adicionalmente, la melatonina sensibiliza a las células tumorales a la quimioterapia y a la radioterapia mediante mecanismos como la inducción de la apoptosis, el aumento de la citotoxicidad o la inhibición de la angiogénesis. Sin embargo, los cambios moleculares que subyacen a estas acciones aún no están completamente caracterizados.
En este trabajo, estudiamos las modificaciones provocadas por la radiación ionizante y por dos fármacos de quimioterapia comúnmente utilizados en la práctica clínica en pacientes de cáncer de mama: docetaxel y doxorrubicina, en una línea celular derivada de adenocarcinoma mamario humano (MCF-7).
Así, los resultados de este trabajo se han dividido en tres apartados: en el primero comprobamos si la melatonina podría aumentar la sensibilidad de las células MCF-7 a la radioterapia. Encontramos que la melatonina potenció los efectos antiproliferativos y proapoptóticos ejercidos por la radiación ionizante. La hormona pineal también moduló las modificaciones en la actividad transcripcional, aumentando algunos efectos de la radiación (TP53, RASSF1, CDKN1A, BAD, BAX2, BIRC5) y contrarrestando otros (PTEN, ATM, N3RC1, ERBB2, SERPINE, PLAU). La melatonina también reguló el estado de fosforilación de algunas quinasas y de p53, y potenció los efectos antiangiogénicos de la radiación.
En el segundo bloque de resultados, la melatonina aumentó las respuestas antiproliferativas y proapoptóticas de dosis bajas de docetaxel. De manera importante, estos efectos fueron más potentes cuando la melatonina se añadió previamente al docetaxel. El tratamiento con docetaxel 1 µM (equivalente a la dosis terapéutica) inhibió la expresión de los genes TP53, CKDN1A y CDH13, y del microARN miR-10b, y estimuló MUC1, GATA3 y c-MYC, mientras que la melatonina contrarrestó estos efectos. La hormona pineal aumentó aún más la expresión de los genes proapoptóticos BAD y BAX2 y potenció la inhibición del gen antiapoptótico BCL-2. In vivo, la melatonina también tuvo algunas acciones positivas como la abolición de la inducción del gen TWIST1.
En el tercer capítulo de resultados, estudiamos la combinación de melatonina con doxorrubicina. Ha sido descrito que la melatonina potencia los efectos antiproliferativos de la doxorrubicina; sin embargo, los cambios moleculares involucrados en la expresión génica y la activación o inhibición de vías de señalización intracelular permanecen en gran parte desconocidas. Aquí, encontramos que la melatonina aumentó los efectos antiproliferativos de la doxorrubicina en las células MCF-7 pero no en las células MDA-MB-231. Sorprendentemente, el tratamiento con doxorrubicina indujo la invasión celular, y la melatonina contrarrestó estos efectos en MCF-7 pero no en las células independientes de estrógenos MDA-MB-231. La doxorrubicina modificó la expresión de varios genes y la melatonina fue capaz de modular muchos de esos cambios. De manera importante, describimos por primera vez la capacidad de la melatonina de inhibir a TWIST1, fuertemente inducido en respuesta a la antraciclina, en las células MCF-7, pero no en las MDA-MB-231. En combinación con la doxorrubicina, la melatonina inhibió la activación de p70S6K y moduló la expresión de genes de cáncer de mama, angiogénesis y genes reloj. Además, la melatonina reguló los niveles de microARNs relacionados con Twist1, como miR-10a, miR-10b y miR-34a. Como Twist1 juega un rol esencial en la transición epitelio-mesénquima, la adquisición de fenotipo metastásico y la angiogénesis, nuestros resultados sugieren que la inhibición de Twist1 por la melatonina puede ser un mecanismo crucial para revertir la resistencia y mejorar el potencial oncostático de la doxorrubicina en células tumorales mamarias dependientes de estrógeno.
Todos estos resultados nos permiten profundizar en nuestro conocimiento de los cambios moleculares que tienen lugar en las células tumorales en respuesta a la radioterapia y a la quimioterapia. Hemos identificado que algunos de estos cambios son potencialmente peligrosos y pueden conducir a la supervivencia y resistencia, y encontramos que la melatonina puede ejercer efectos protectores previniendo al menos algunos de esos cambios, aumentando por tanto las acciones antitumorales de los tratamientos convencionales.
- English
Breast cancer, one of the most common neoplasms in women worldwide, is due to alterations in the DNA of the mammary epithelial cells. These mutations cause changes in the gene expression and trigger uncontrolled and autonomous multiplication of these cells. This proliferation forms a growing tumor that can invade adjacent tissues but also tissues away from the primary focus by dissemination of those cells through blood or lymph leading to metastasis. Conventional therapies such as radiotherapy (localized treatment that uses high-energy rays to destroy tumor cells) or chemotherapy (systemic treatment that uses drugs to kill tumor cells, including disseminated cells) have proven to be effective in fighting cancer. However, these therapies have some drawbacks. Due to their non-specificity, they present side effects that can become very serious in tissues whose cells are in active division, such as blood cells or gastrointestinal epithelial cells. These effects are reversible but sometimes the organs are seriously damaged. Another problem derived from the reiterated use of these therapies is that some tumor cells can develop resistance, survive and proliferate again. To avoid this, it is recommended to perform the sessions in cycles and to alternate different compounds, especially if the tumor reappears. The third problem is that these therapies cause changes in the proteomics of the cells. They may be altering the levels of genes and proteins related to cancer, favouring the malignancy of the cells. Because of this, it is essential to know the changes in gene expression and proteomics that cause these therapies and find some way to counteract those that are not desirable. In this work, we study the modifications caused by radiotherapy and two chemotherapy agents commonly used in clinical in breast cancer patients, on the MCF-7 cell line, cells derived from human breast adeno-carcinoma that over-express the estrogen receptor alpha. Additionally, we check the ability of melatonin to modulate these changes in a potentially beneficial way. The pineal hormone acts as an oncostatic agent that reduces the growth and development of various types of tumors, especially estrogen-dependent mammary tumors, mainly due to its anti-estrogenic properties (SERM and SEEM) so it could be considered as an excellent adjuvant for conventional therapies.
- español
