Células de cáncer escamoso de cavidad bucal y su respuesta a compuestos transportadores de aniones

Abstract

Las células tumorales adquieren una serie de características adaptativas específicas, como son la autosuficiencia en señales de crecimiento, insensibilidad a las señales inhibitorias de crecimiento, evasión de la apoptosis y potencial de proliferación ilimitado. A parte de estas características, la alteración de gradientes de pH entre los espacios intra y extracelular, también se considera un patrón adaptativo celular, que se inicia desde etapas muy tempranas durante el proceso de transformación neoplásica y que se mantiene durante el proceso de carcinogénesis e incrementa en la medida en que las células tumorales se hacen más agresivas. Estas alteraciones de gradientes de pH, se caracterizan por aumento del pH intracelular y disminución del pH extracelular, condiciones que se ha demostrado ejercen un efecto permisivo para la adquisición de las características celulares antes señaladas, que favorecen la progresión maligna. Así, la alcalinización del pH intracelular promueve el aumento de la proliferación celular y la evasión de la apoptosis, mientras que la acidificación del pH extracelular crea el ambiente propicio para la degradación de matriz extracelular que favorece la agresividad, invasión y metástasis. El transporte de iones a través de la membrana plasmática es un proceso fundamental para el mantenimiento y regulación del volumen celular, balance osmótico y el pH intracelular. Tanto, los aniones como los cationes, al ser solutos con carga negativa y positiva respectivamente, no pueden difundir libremente entre los espacios intra y extracelular, por lo que su transporte debe ser mediado por proteínas especializadas transmembrana que funcionan como canales o como transportadores simporte o antiporte. En células tumorales estas proteínas transportadoras se encuentran sobreexpresadas o hiperactivadas, lo que promueve el desequilibrio en el balance normal principalmente entre, Cl-, HCO3- e H+ a nivel intra y extracelular, lo cual en consecuencia genera el desarrollo de las alteraciones en el gradiente de pH. El desarrollo de fármacos capaces de promover la disrupción del gradiente de pH característico del microambiente tumoral, constituye una prometedora estrategia terapéutica antitumoral. Estudios previos han demostrado que compuestos de origen natural como las prodigininas y tambjaminas promueven muerte celular relacionada con su capacidad de desacoplar las H+-ATPasas a nivel lisosomal y mitocondrial, lo cual promueve la alcalinización de estos compartimentos intracelulares, este efecto ha sido atribuido a la habilidad de estos compuestos como transportadores simporte H+/Cl-. En el presente trabajo de tesis doctoral, hemos estudiado una serie de compuestos sintéticos derivados de la familia de las prodigininas y tambjaminas, así como de compuestos de origen orgánico como la urea, que actúan principalmente como transportadores de aniones como el bicarbonato (HCO3-) y cloruro (Cl-), con el objetivo de determinar la relación entre su capacidad como transportadores de aniones y su efecto in vitro a nivel de procesos celulares como citotoxicidad, apoptosis y migración celular en células de cáncer escamoso de cavidad bucal. Los resultados obtenidos indican que un patrón común entre los diferentes compuestos estudiados es su capacidad como eficientes transportadores de Cl-, principalmente por un mecanismo antiporter Cl-/HCO3-. Esta propiedad les permite revertir gradientes de pH, promoviendo la alcalinización de lisosomas observado en los ensayos con la coloración vital con naranja de acridina. Esta capacidad de interferir con el pH fue correlacionada con su efecto como agentes citotóxicos, apoptóticos, inhibidores de la migración celular y como agentes sensibilizantes al efecto de fármacos antitumorales tipo bases débiles. Estos hallazgos sugirieren que el efecto de estos compuestos a nivel del pH de orgánulos intracelulares, podría ser un mecanismo esencial para ejercer su actividad citotóxica, ya que los análogos con baja o nula capacidad como transportadores de aniones fueron incapaces de inducir cambios en el pH de estos compartimentos y muerte celular.

The dysregulated cellular pH is considered an adaptive feature of most cancer cells allowing the metabolic adaptations required for cell proliferation and evasion of apoptosis, two hallmarks of malignancy. Conditions of higher intracellular pH (pHi) promotes resistance to apoptosis due to key proteins involved which remain inactive, also alter functions of proteins involved in dynamism cytoskeleton actin integrity which is considered to play a key role in the regulation of numerous apoptotic processes such as cell rounding, membrane blebbing, loss of focal adhesion, caspase activation and mitochondrial membrane permeabilization. On other hand the acidic extracellular microenvironment promotes cellular invasion and metastasis, due to the proteases involved in both processes which require acidic pH to function properly. Thus, this characteristic pH gradient of the tumor microenvironment is maintained and mediated by changes in the expression and/or activity of plasma membrane bound proteins such as proton pumps vacuolar ATPase (V-ATPase), Na+/H+ exchanger (NHE) and carbonic anhydrases (CA), which have been reported in cancer cells related with their aggressiveness, multidrug resistance and metastasis. All these proteins together facilitate cellular H+ extrusion and favors intracellular HCO-3 transport into the cells, consequently a higher pHi and lower pHe. Development of synthetic anion membrane transporters is an interesting subject, since they can substitute the specialized membrane proteins that control the transport of anions across cellular membranes. Anion transporters are small molecules able to bind anions and take them across cellular membranes through either symporter and/or antiporter mechanisms. Previous studies have shown that natural compounds such as prodiginines and tamjamines are able to trigger cellular death related to its ability to uncouple H+-ATPases pumps. Herein, we include a number of synthetic derivatives from natural compounds such as prodiginine and tambjamine family as well as organic compounds such as urea. Our results show that the common feature among these compounds is their ability as efficient transmembrane Cl- transporters, which can function as efficient Cl-/HCO3- exchangers. This property allows them to revert the altered pH gradient present in cancer cells, increasing lysosomal pH observed through acridine orange assays in living cells and we have correlated it with their ability as anion transporters, which in turn demonstrates direct association with their capability to induce cell death observed in viability assays as well as apoptosis markers activation and inhibition of cell migration. Hence, high anion transport rates decrease cell viability while compounds with complete or partial block of anion transport capability show little or no effect on the cellular processes mentioned above.