Papel de la cascada del ácido araquidónico en el control de la proliferación de las células epiteliales intestinales humanas

Abstract

Los ácidos araquidónico (AA), eicosapentaenoico (EPA) y linoleico (LA) son tres ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) que se encuentran formando parte de los fosfolípidos de las membranas celulares. El AA, EPA y LA, después de ser liberados por las fosfolipasas, pueden ser metabolizados por la vía de las ciclooxigenasas (COXs), de las lipoxigenasas (LOXs) y la del citocromo P450 (CYP450), que constituyen la cascada del AA. Los metabolitos que se generan son los eicosanoides y los ácidos hidroxioctadecanoicos (HODEs), todos ellos con efectos pleitrópicos que incluyen su efecto sobre la proliferación celular, sobre todo en tejidos de renovación rápida como el epitelio intestinal, por ello podrian estar involucrados en el cáncer y concretamente en el cáncer colorrectal (CRC). El CRC principalmente se origina por mutaciones en el epitelio colorrectal que dan lugar a una hiperproliferación celular que puede originar adenomas y finalmente CRC. En el 85% de los adenomas y CRC existe una sobrexpresión de las COXs. Por este motivo, el objetivo de este trabajo ha sido estudiar el papel de la cascada del AA en el control de la proliferación de células epiteliales intestinales humanas. Como modelo experimental se han utilizado células epiteliales intestinales no diferenciadas Caco-2 procedentes de un adenocarcinoma. Los cultivos de células Caco-2 se mantuvieron en condiciones estándar y finalmente se incubaron en las diferentes condiciones experimentales durante 48 horas. Los recuentos celulares se realizaron con microscopia de fluorescencia con tinción de naranja de acridina y bromuro de etidio; la síntesis de DNA por incorporación de timidina tritiada o BrdU; el estudio del ciclo celular por citometria de flujo; estudio de la degradación de DNA cromosómico con el método TUNEL; la determinación de eicosanoides por espectometria de masas; el análisis de activación de las vías de señalización por ELISA y la síntesis de PGE2 por inmunoensayo enzimático. Los resultados indican que las células Caco-2 sintetizan prostaglandina E2 (PGE2), leucotrieno B4 (LTB4) y los ácidos hidroxieicosatetraenoicos 5-HETE, 12-HETE y 15-HETE. Estos eicosanoides, junto con LTD4 y 13-R-HODE, inducen el crecimiento celular y la síntesis de ADN. Estos efectos son consecuencia de la interacción de la PGE2 con los receptores EP1 y EP4, el LTB4 con los receptores BLT1 y BLT2 y el LTD4 con el receptor Cis-LT1R. Hasta el momento no se han identificado receptores celulares para la mayoría de HETEs y HODEs , en esta tesis observamos que el 13-R-HODE interacciona con BLT1 y BLT2 y el 12-HETE con BLT2. Además, cuando se unen a sus receptores activan diferentes vías de señalización implicadas en la regulación de la proliferación celular tales como ERK, p38, CREB, GSK-3β y β-catenina. Cabe destacar que los dos enantiómeros del 13-HODE presentan efectos contrarios. Así, mientras que el 13-R-HODE presenta un efecto proliferativo, el 13-S-HODE inhibe el crecimiento e induce apoptosis al unirse a PPARγ. En relación a los derivados del EPA, tanto la PGE3 como el 12-HEPE inducen la proliferación de las células Caco-2 de forma similar a la PGE2 y al 12-HETE, mientras que el LTB5 no es mitogénico. Finalmente, en este trabajo se propone que el efecto proliferativo de LTB4, LTD4 ,12-HETE, y 13-R-HODE podría deberse principalmente a la activación de la vía COXs y la subsecuente síntesis de PGE2, que a su vez activaría múltiples vías de señalización implicadas en la proliferación celular. Además estos estudios proporcionan nuevas evidencias sobre el papel de diversos eicosanoides y sus receptores en el control del crecimiento de las células epiteliales intestinales. Resultados que pueden ser considerados en futuras investigaciones sobre el CRC y en el planteamiento de su tratamiento.

Arachidonic acid (AA), eicosapentaenoic acid (EPA) and linoleic acid (LA) are three polyunsaturated fatty acids (PUFAs) which are part of the phospholipids of cell membranes. After being released, all of them are metabolized by cyclooxygenase (COXs), lipoxygenase (LOXs) and cytochrome P450 (CYP450) pathways that form the AA cascade. The metabolites generated are eicosanoids and hidroxioctadecanoicos acids (HODEs), all of them with pleiotropic effects. One function that these metabolites regulate is cell proliferation and, as a result, they may be involved in cancer and particularly in colorectal cancer (CRC). Therefore, the objective of this work is to study the role of AA cascade in controlling the proliferation of human intestinal epithelial cells. We have used undifferentiated intestinal epithelial cells Caco-2 derived from an adenocarcinoma, as the experimental model. The results indicate that the Caco-2 cells synthesize PGE2, LTB4 5-HETE, 12-HETE and 15-HETE. These eicosanoids, together with LTD4 and 13-R-HODE, induce cell growth and DNA synthesis. These effects are due to the interaction of PGE2 with EP1 and EP4 receptors, LTB4 and 13-R-HODE with BLT1 and BLT2 receptors, 12-HETE with BLT2 and LTD4 with Cys- LT1R receptor. Also, when they bind to their receptors, they activate different signaling pathways involved in the regulation of Caco-2 cell proliferation. Note that the two enantiomers of 13-HODE have opposite effects. Thus, while 13-R-HODE has a proliferative effect, 13-S-HODE inhibits growth and induces apoptosis by binding to PPARγ. Regarding the metabolites derived from EPA, both PGE3 and 12-HEPE induce cell proliferation similar to PGE2 and 12-HETE, whereas LTB5 is not mitogenic. Finally, this Thesis proposes that the proliferative effect of LTB4, LTD4, 12-HETE, and 13-R-HODE could be due mainly to the activation of the COXs pathway and subsequent synthesis of PGE2 which in turn activate multiple signaling pathways involved in cell proliferation. Taken together, these studies provide new evidence that could be considered in future research on the role of eicosanoids in the pathogenesis of CRC as well as in the development of new pharmacological strategies.