Lípids de la dieta i càncer de mama experimental: Anàlisi del metabolisme i l'apoptosi tumoral

Abstract

El càncer de mama (CM) és la neoplasia més freqüent en dones arreu del món, d'etiologia multifactorial on la dieta és un factor important en el desenvolupament de la malaltia. Estudis previs del grup han observat un efecte diferencial de les dietes hiperlipídiques sobre la carcinogènesi mamària experimental (clarament estimulant de la dieta rica en oli de blat de moro, amb una influència dèbil de la dieta amb oli d'oliva verge extra, OOVE), a través de diferents mecanismes com ara modificacions en l'expressió del metabolisme i/o dels gens apoptòtics. L'objectiu principal d'aquesta tesi és investigar l'efecte de les dietes hiperlipídiques i els seus components en la carcinogènesi mamària experimental així com els mecanismes implicats, especialment en el metabolisme i l'apoptosi, mitjançant enfocaments in vivo i in vitro. Per als estudis in vivo, es va utilitzar el model experimental de càncer de mama en rates induït amb DMBA. Els animals van ser alimentats amb una dieta baixa en greixos (LF), amb una dieta rica en oli de blat de moro des del deslletament (HOO) o després de la inducció (LF-HCO) i amb una dieta alta en OVEE des del deslletament (HOO) o després de la inducció (LF-HOO). L'anàlisi molecular de les principals vies metabòliques en tumors experimentals va demostrar un augment del metabolisme de la glucosa i mitocondrial per part de la dieta OOVE. Aquesta reprogramació metabòlica no va reflectir les característiques clíniques i morfològiques dels tumors (grau més baix en els grups OOVE) suggerint que els canvis metabòlics sense el context d'altres vies (proliferació o apoptosi) poden no reflectir la malignitat tumoral. L'anàlisi posterior mitjançant metabolòmica no dirigida va mostrar canvis en la composició lipídica dels tumors. La dieta rica en oli de blat de moro (rica en àcids grassos poliinsaturats PUFA n 6) va augmentar els PUFA totals i l'àcid linoleic alhora que va disminuir els àcids grassos monoinsaturats (MUFA). Per contra, els tumors dels grups OOVE eren similars als del grup control. Aquestes diferències concorden amb l'efecte diferencial de les dietes sobre la carcinogènesi, cosa que suggereix que la composició lipídica tumoral té un paper en la malignitat. A més, l'estudi dels nivells de proteïnes apoptòtiques en els tumors va revelar un augment per part de la dieta rica en OOVE suggerint que l'OOVE pot exercir un efecte beneficiós modulant l'apoptosi. En segon lloc, es va analitzar in vitro el paper dels components de les dietes hiperlipídiques. El tractament de les cèl·lules MDA-MB-231 i MCF-7 amb polifenols (Hydroxytyrosol HT, Luteolin LUT i Oleuropeïna) va disminuir la viabilitat cel·lular i va augmentar l'apoptosi, mentre que el tractament amb àcids grassos (àcid oleic i linoleic) no va tenir cap efecte significatiu. A continuació, es van caracteritzar els canvis metabòlics en cèl·lules de CM induïts amb HT i LUT, revelant una àmplia reprogramació metabòlica. Tot i que es van observar alguns efectes comuns en les línies cel·lulars, d'altres van dependre del tipus cel·lular, fet que subratlla la importància del context metabòlic en els estudis de metabolòmica del càncer. En resum, els resultats suggereixen un efecte beneficiós de l'OOVE sobre el risc del càncer de mama i la progressió de la malaltia a través de múltiples mecanismes com la modulació del metabolisme i afavorir un entorn proapoptòtic en els tumors. Aquests efectes estarien mediats per diversos components, especialment els compostos minoritaris, que destaquen la importància del tipus però també de la qualitat de l'oli consumit. La rellevància dels factors nutricionals és que són modificables, posant de manifest la importància de millorar els hàbits alimentaris, especialment en relació a la ingesta de lípids, en la prevenció i lluita contra el càncer de mama.

El cáncer de mama (CM) es la neoplasia más frecuente en mujeres en todo el mundo, de etiología multifactorial siendo la dieta es un factor importante en su desarrollo. Estudios previos del grupo han observado un efecto diferencial de las dietas hiperlipídicas sobre la carcinogénesis mamaria experimental (claramente estimulador de la dieta rica en aceite de maíz, con una débil influencia de la dieta de aceite de oliva virgen extra, AOVE), a través de diferentes mecanismos como modificaciones en la expresión de genes del metabolismo y/o apoptosis. El principal objetivo de esta tesis es investigar el efecto de las dietas hiperlipídicas y sus componentes en la carcinogénesis mamaria experimental así como los mecanismos implicados, especialmente en el metabolismo y la apoptosis, mediante enfoques in vivo e in vitro. Para estudios in vivo, se utilizó el modelo experimental de cáncer de mama en ratas inducido con DMBA. Los animales fueron alimentados con una dieta baja en grasas (LF), con una dieta rica en aceite de maíz desde el destete (HOO) o después de la inducción (LF-HCO) y con una dieta alta en AOVE desde el destete (HOO) o después de la inducción (LF-HOO). El análisis molecular de las principales vías metabólicas en tumores experimentales demostró un aumento del metabolismo de la glucosa y mitocondrial por parte de la dieta AOVE. Esta reprogramación metabólica no reflejó las características clínicas y morfológicas de los tumores (menor grado en los grupos AOVE) sugiriendo que los cambios metabólicos, sin el contexto de otras vías (proliferación o apoptosis), pueden no reflejar la malignidad tumoral. El análisis posterior mediante metabolómica no dirigida mostró cambios en la composición lipídica de los tumores. La dieta rica en aceite de maíz (rica en ácidos grasos poliinsaturados PUFA n-6) aumentó los PUFA totales y el ácido linoleico a la vez que disminuyó los ácidos grasos monoinsaturados (MUFA). Por el contrario, los tumores de los grupos AOVE eran similares a los del grupo control. Estas diferencias concuerdan con el efecto diferencial de las dietas sobre la carcinogénesis, lo que sugiere que la composición lipídica tumoral desempeña un papel en la malignidad. Además, el estudio de los niveles de proteínas apoptóticas en los tumores reveló un aumento por parte de la dieta rica en AOVE sugiriendo que este aceite puede ejercer un efecto beneficioso modulando la apoptosis. En segundo lugar, se analizó in vitro el papel de los componentes de las dietas hiperlipídicas. El tratamiento de las células MDA-MB-231 y MCF-7 con polifenoles (Hidroxitirosol HT, Luteolina LUT y Oleuropeína) disminuyó la viabilidad celular y aumentó la apoptosis, mientras que el tratamiento con ácidos grasos (ácido oleico y linoleico) no tuvo ningún efecto significativo. A continuación, se caracterizaron los cambios metabólicos en células de CM inducidos con HT y LUT, revelando una amplia reprogramación metabólica. Aunque se observaron algunos efectos comunes en las líneas celulares, otros dependieron del tipo celular, lo que subraya la importancia del contexto metabólico en los estudios de metabolómica del cáncer. En resumen, los resultados sugieren un efecto beneficioso del AOVE sobre el riesgo del cáncer de mama y la progresión de la enfermedad a través de múltiples mecanismos como la modulación del metabolismo y favorecer un entorno proapoptótico en los tumores. Estos efectos estarían mediados por varios componentes, especialmente los compuestos minoritarios, y destacan la importancia del tipo, pero también de la calidad, del aceite consumido. La relevancia de los factores nutricionales es que son modificables, poniendo de manifiesto la importancia de mejorar los hábitos alimenticios, especialmente en relación a la ingesta de lípidos, en la prevención y lucha contra el cáncer de mama.

Breast cancer (BC) is the most common malignant tumor in women worldwide, with diet, and especially dietary lipids, having an etiological role. We have previously observed a differential effect of high-fat diets on experimental mammary carcinogenesis (clearly stimulating from the high-corn oil diet, with a weak influence from the high-extra virgin olive oil EVOO diet), through different mechanisms such as modifications in the expression of metabolism and/or apoptotic genes. Metabolic reprogramming and apoptosis avoidance are crucial hallmarks of cancer development. The main goal of this thesis was to investigate the effect of high-fat diets and their components on experimental mammary carcinogenesis and elucidate the mechanisms involved, especially in metabolism and apoptosis, through in vivo and in vitro approaches. For the in vivo studies, the experimental model of mammary cancer induced with DMBA in rats was used. Animals were fed with a low-fat diet (LF), with a high corn oil diet from weaning (HOO) or after induction (LF-HCO), and with a high EVOO diet from weaning (HOO) or after induction (LF-HOO). Data from carcinogenesis and anatomopathological parameters to validate and extend results regarding the differential effect of high-fat diets on carcinogenesis was used. Tumor molecular analysis was performed at mRNA, protein, or enzymatic levels, and metabolome was characterized by 1H-Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. Regarding the in vitro assays, two cell lines representing different molecular subtypes of breast cancer (MDA-MB-231 and MCF-7) were used. The effects of different oil components on viability, apoptosis and metabolomic profile were determined. Tumor molecular analysis of enzymes of the main metabolic pathways has shown that the EVOO-enriched diet increased glucose and mitochondrial metabolism. This metabolic reprogramming did not reflect clinical and morphological characteristics of tumors (lower degree in the EVOO groups). This data suggested that metabolic changes without the context of other pathways, such as proliferation or apoptosis, may not reflect tumor malignancy. Further analysis using untargeted metabolomics showed changes in tumor lipid composition. The high corn oil diet (rich in polyunsaturated fatty acids PUFA n 6) increased total PUFA and linoleic acid while decreasing monounsaturated fatty acids (MUFA). On the contrary, tumors from high EVOO groups were similar to those of the control group. These differences were concordant with the different effect of diets on carcinogenesis, suggesting that tumor lipid composition play a role in malignancy. Moreover, the levels of apoptotic proteins in the tumors were studied, finding that the high-EVOO diet modulated several cell death pathways. This suggested that EVOO may exert a beneficial effect modulating apoptosis. Secondly, in vitro analyses were designed to elucidate the role of the components of high-fat diets. The treatment of MDA-MB-231 and MCF-7 cells with polyphenols (Hydroxytyrosol HT , Luteolin LUT and Oleuropein) diminished cell viability and increased apoptosis, whereas fatty acids treatment (oleic and linoleic acid) had no significant effect. Next, changes in BC cell metabolome induced with HT and LUT were characterized, revealing extensive metabolic reprogramming. Although some effects were observed in both cell lines, others were markedly depending on the type of cell, underscoring the significance of metabolic context in cancer metabolomics studies. In summary, the results suggest a beneficial effect of EVOO on breast cancer risk and disease progression, through multiple mechanisms like the modulation of metabolism and favoring a pro-apoptotic environment in the tumors. These effects would be mediated by various components, especially the minor compounds, which highlight the importance of the type but also the quality of the oil consumed. The relevance of nutritional factors is that they are modifiable, which highlights the importance of improving dietary habits, especially in relation to lipid intake, in the prevention and fight against breast cancer.