Combinación de estudios bioinformáticos y análisis moleculares para evaluar el papel de enzimas detoxificantes y antioxidantes en el cáncer de próstata

• Autores: Beatriz Álvarez González
• Directores de la Tesis: Antonio Francisco Hernández Jerez (codir. tes.), María Jesús Álvarez Cubero (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2026
• Idioma: español
• ISBN: 9791370151980
• Número de páginas: 349
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
• Resumen
  • español

    El cáncer de próstata (CaP) es una de las neoplasias más frecuentes en varones y la segunda causa de mortalidad por cáncer a nivel mundial. Su desarrollo es complejo y multifactorial, determinado por la interacción entre la base genética individual, las exposiciones ambientales y los hábitos de vida. Entre los mecanismos biológicos implicados destacan el mantenimiento del equilibrio redox, la detoxificación de xenobióticos y la reparación del ADN, junto con junto con otros procesos interrelacionados como la regulación epigenética, la inflamación crónica y la disrupción endocrina, todos ellos fundamentales en la iniciación y progresión tumoral. Aunque los estudios epidemiológicos han identificado factores de riesgo bien establecidos como la edad, los antecedentes familiares o la exposición a contaminantes, aún se conoce poco sobre cómo variantes genéticas específicas en genes antioxidantes y detoxificantes modulan la respuesta del tejido prostático frente a dichas exposiciones. Esta interacción puede influir en la susceptibilidad y agresividad del CaP. Esta tesis se plantea con el objetivo de abordar esta cuestión mediante un enfoque integrador que combina metaanálisis, estudios genéticos poblacionales, análisis funcionales in silico y estudios de cohortes con biomonitorización de contaminantes orgánicos e inorgánicos, con el fin de identificar posibles biomarcadores de susceptibilidad y contribuir al desarrollo de estrategias de medicina de precisión. Como punto de partida, se realizó un metaanálisis de los estudios publicados sobre variantes en genes que codifican enzimas antioxidantes, de detoxificación de xenobióticos (XME) y de reparación del ADN, ampliando trabajos previos del grupo. Este análisis integró 42 estudios con 17,518 casos y 42,507 controles para evaluar siete SNPs y un CNV en genes de relevancia funcional (rs1050450 (GPX1), rs25487 (XRCC1), rs662 (PON1), rs4880 (SOD2), rs1001179 (CAT), rs1695 (GSTP1) y el CNV (GSTM1)). Los resultados mostraron incrementos significativos del riesgo de CaP para rs4880 (SOD2) (OR GG+GA vs AA = 1.08; 95% CI 1.01 - 1.15), rs1001179 (CAT) (OR TT vs TC+CC = 1.39; 95% CI 1.17 - 1.66), rs662 (PON1) (OR CT vs CC+TT = 1.17; 95% CI 1.01 - 1.35), rs1695 (GSTP1) (OR GG vs GA+AA = 1.20; 95% CI 1.05 - 1.38) y para la delección GSTM1 (genotipo nulo vs funcional; OR = 1.34; 95% CI 1.10 - 1.64). En conjunto, la CNV de GSTM1 y los polimorfismos en GSTP1 y CAT presentaron las asociaciones más consistentes con el riesgo de CaP, mientras que SOD2 y PON1 mostraron asociaciones de menor magnitud. Los análisis in silico indicaron que la mayoría de las variantes no tenían un impacto directo sobre la malignidad tumoral, con excepción del SNP rs1050450 (GPX1), que podría tener un efecto biológico relevante. Estos resultados aportan evidencia sólida de que pequeñas variaciones en genes relacionados con el control redox y la detoxificación pueden modular la susceptibilidad poblacional al CaP y sirven como base para explorar la interacción con factores ambientales. Con el objetivo de profundizar en esta interacción, se realizó un estudio caso-control en una cohorte propia de 300 varones (150 casos y 150 controles) sometidos a biopsia prostática por niveles de PSA > 4 ng/mL. Se genotiparon variantes en GSTM1, GSTP1, SOD2, CAT, GPX1 y XRCC1, y se evaluó la exposición a contaminantes orgánicos mediante cuestionarios estructurados y biomonitorización en muestras de orina. Los resultados mostraron que niveles elevados de PSA se asociaron con un mayor riesgo de CaP, mientras que la actividad física tuvo un efecto protector. Además, concentraciones urinarias altas de benzo[a]pireno (BaP), bisfenol A (BPA) y etil-parabeno (EPB) se relacionaron significativamente con un aumento del riesgo de CaP. Aunque las variantes genéticas no mostraron asociaciones estadísticamente sólidas, se identificaron señales sugestivas para variantes en SOD2, GPX1 y XRCC1, lo que sugiere un posible papel modulador en la agresividad tumoral o en la respuesta biológica a contaminantes ambientales. Este estudio, complementario al metaanálisis previo, refuerza la importancia de analizar conjuntamente factores genéticos y ambientales en la susceptibilidad al CaP y subraya la necesidad de estrategias preventivas orientadas a reducir la exposición a compuestos químicos potencialmente carcinógenos. Posteriormente, con el fin de ampliar el número de variantes exploradas, se realizó un metaanálisis de estudios de asociación de genoma completo (GWAS) centrado en genes relacionados con la detoxificación, el estrés oxidativo y la reparación del ADN. Se seleccionaron 279 genes candidatos a partir de bases de datos genómicas y literatura científica, integrando datos de los consorcios PRACTICAL, FinnGen y UK Biobank, con más de 19,000 casos y 288,000 controles europeos. El análisis identificó 258 variantes en 30 genes funcionalmente relacionados, de las cuales cuatro (rs3738483 (ARNT), rs4130304 (NFE2L2), rs974334 (GPX6) y rs9606173 (TXNRD2)) cumplieron criterios de significación estadística, frecuencia alélica y relevancia funcional según los análisis bayesianos y de anotación in silico. Los análisis funcionales mostraron que estos genes participan en rutas de “Response to oxidative stress” y “Detoxification”, (p = 0.00179). Además, el análisis transcriptómico con datos de TCGA-PRAD reveló una menor expresión de NFE2L2 y ARNT y una sobreexpresión de TXNRD2 en tejido tumoral, lo que respalda su implicación en el equilibrio redox prostático.

  • English

    Prostate cancer (PCa) is one of the most frequent neoplasms in men and the second leading cause of cancer-related mortality worldwide. Its development is complex and multifactorial, determined by the interaction between the individual's genetic background, environmental exposures, and lifestyle factors. Among the biological mechanisms involved, redox balance, xenobiotic detoxification, and DNA repair stand out as key processes in tumor initiation and progression, along with other interrelated mechanisms such as epigenetic regulation, chronic inflammation, and endocrine disruption. Although epidemiological studies have identified well-established risk factors such as age, family history, and exposure to environmental contaminants, little is still known about how specific genetic variants in antioxidant and detoxification genes modulate the prostate tissue response to these exposures. This interaction may influence PCa susceptibility and aggressiveness. This thesis addresses this issue through an integrative approach combining meta-analyses, populationbased genetic studies, in silico functional analyses, and cohort studies involving biomonitoring of organic and inorganic contaminants, with the goal of identifying potential susceptibility biomarkers and contributing to the development of precision medicine strategies in PCa. As a starting point, a meta-analysis was conducted on published studies evaluating variants in genes encoding antioxidant, xenobiotic detoxification (XME), and DNA repair enzymes, expanding on previous work by the research group. This analysis integrated 42 studies including 17,518 cases and 42,507 controls to assess seven SNPs and one CNV in key genes (rs1050450 (GPX1), rs25487 (XRCC1), rs662 (PON1), rs4880 (SOD2), rs1001179 (CAT), rs1695 (GSTP1), and the CNV (GSTM1)). The results showed significant increases in PCa risk for rs4880 (SOD2) (OR GG+GA vs. AA = 1.08; 95% CI 1.01 - 1.15), rs1001179 (CAT) (OR TT vs. TC+CC = 1.39; 95% CI 1.17 - 1.66), rs662 (PON1) (OR CT vs. CC+TT = 1.17; 95% CI 1.01 - 1.35), rs1695 (GSTP1) (OR GG vs. GA+AA = 1.20; 95% CI 1.05 - 1.38), and the GSTM1 deletion (null vs. functional genotype; OR = 1.34; 95% CI 1.10 - 1.64). Overall, the GSTM1 CNV and the GSTP1 and CAT polymorphisms showed the most consistent associations with PCa risk, while SOD2 and PON1 exhibited smaller effect sizes. In silico analyses indicated that most variants had no direct implications for tumor malignancy, except for rs1050450 (GPX1), which may have a relevant biological effect. These findings provide solid evidence that small variations in genes involved in redox regulation and detoxification can influence population-level PCa susceptibility and serve as a foundation for exploring their interaction with environmental factors. To further investigate this interaction, a case-control study was conducted in a local cohort of 300 men (150 cases and 150 controls) undergoing prostate biopsy due to PSA levels > 4 ng/mL. Variants in GSTM1, GSTP1, SOD2, CAT, GPX1, and XRCC1 were genotyped, and exposure to organic contaminants was evaluated through structured questionnaires and urinary biomonitoring. Elevated PSA levels were associated with an increased PCa risk, while regular physical activity showed a protective effect. Additionally, higher urinary concentrations of benzo[a]pyrene (BaP), bisphenol A (BPA), and ethyl-paraben (EPB) were significantly associated with PCa risk. Although genetic variants did not show statistically robust associations, suggestive signals were observed for SOD2, GPX1, and XRCC1, suggesting a potential modulatory role in tumor aggressiveness or in the biological response to environmental contaminants. This study, complementary to the previous meta-analysis, reinforces the importance of jointly analyzing genetic and environmental factors in PCa susceptibility and highlights the need for preventive strategies aimed at reducing exposure to potentially carcinogenic compounds. Subsequently, to expand the number of variants analyzed, a meta-analysis of genome-wide association studies (GWAS) was performed, focusing on genes involved in detoxification, oxidative stress, and DNA repair. A total of 279 candidate genes were selected from genomic databases and scientific literature, integrating data from the PRACTICAL, FinnGen, and UK Biobank consortia, including more than 19,000 cases and 288,000 European controls. The analysis identified 258 variants across 30 functionally related genes, of which four (rs3738483 (ARNT), rs4130304 (NFE2L2), rs974334 (GPX6), and rs9606173 (TXNRD2)) met criteria for statistical significance, allele frequency, and functional relevance based on Bayesian and in silico annotation analyses. Functional enrichment analyses revealed that these genes are involved in “Response to oxidative stress” and “Detoxification” pathways (p = 0.00179). Moreover, transcriptomic analysis using TCGA-PRAD data showed reduced expression of NFE2L2 and ARNT and overexpression of TXNRD2 in tumor tissue, supporting their role in prostate redox homeostasis. In the replication cohort (n = 560; 304 cases and 256 controls), the rs9606173 variant in TXNRD2 showed a nominal association with PCa risk (dominant model OR = 1.49; 95% CI = 1.01 - 2.21; p = 0.043; overdominant model OR = 1.59; 95% CI = 1.06 - 2.38; p = 0.026), although it did not remain significant after Bonferroni correction.