Estudio nutrigenómico de compuestos polifenólicos del cacao y del café en células tumorales humanas

Abstract

La investigación en genómica nutricional combina las áreas de conocimiento de biología molecular, genética y nutrición. Los compuestos bioactivos de la dieta se podrían definir como aquellos componentes con potencial para modificar un elevado número de procesos biológicos asociados al equilibrio entre salud y enfermedad. En la presente tesis se han desarrollado tres estudios nutrigenómicos con compuestos polifenólicos del cacao y del café, con el objetivo de profundizar en el conocimiento de los mecanismos de acción por los que ejercen su actividad.

En el estudio de los efectos de un extracto de polifenoles de cacao (PCE) en líneas celulares de cáncer de mama, las conclusiones obtenidas son las siguientes:

1. El tratamiento con PCE induce la expresión de CYP1A1, así como sus niveles de proteína y la actividad enzimática en dos líneas celulares de cáncer de mama, MCF-7 y SKBR3.

2. La inducción de CYP1A1 mediada por PCE tiene lugar a través de la vía de señalización de AhR. PCE induce la transcripción de CYP1A1 a través de la unión de AhR a las cajas XRE de su promotor en ambas líneas celulares.

3. PCE induce los niveles de ERα en la línea celular SKBR3 aumentando la síntesis de la proteína, pero su vida media se reduce aproximadamente 10 horas en comparación con la proteína basal.

4. La incubación con PCE y tamoxifeno (TAM) a concentraciones no citotóxicas inducen un efecto sinérgico provocando un descenso en la viabilidad de dos líneas de cáncer de mama, MCF-7 y SKBR3, pero no en la línea no tumoral HEK293T.

En el análisis de los efectos de distintos metabolitos del cacao sobre la expresión de la apolipoproteína A1 en la línea celular HepG2 de hepatoma, establecimos las siguientes conclusiones:

1. La epicatequina (EPI) y los metabolitos del cacao inducen la expresión de ApoAI en la línea celular HepG2.

2. El tratamiento con EPI en células HepG2 induce la unión de factores de transcripción a dos regiones del “liver specific enhancer”, Site A y Site B. En la unión a Site A participan los factores de transcripción HNF-4, RXRα y ERα, además de HNF3β de manera indirecta. En la unión a Site B participa el factor de HNF-3β. EPI y los metabolitos del cacao estudiados inducen los niveles de mRNA de HNF-3β.

3. La transcripción de ApoAI se induce por EPI y los metabolitos del cacao estudiados a través del Site B, siendo 3-M-EPI el metabolito que provoca una mayor activación transcripcional.

4. Los factores de transcripción NFY y Sp1, además de HNF-3β, participan en la unión al Site B inducida por la incubación con 3-M-EPI. La sobreexpresión de NFY y Sp1 induce la transcripción de ApoAI a través del Site B.

Finalmente en la aproximación transcriptómica en células de cáncer de colon tratadas con ácido cafeico y café soluble, podemos concluir que:

1. El tratamiento con ácido cafeico (CA) y con café (ICC) genera un cambio en el perfil de expresión de la línea tumoral HT29.

2. Se han identificado dos genes nodo, STAT5B y ATF-2, tras la generación de una red de asociación biológica a partir de los genes diferencialmente expresados comunes a ambos tratamientos, CA e ICC.

3. La validación de los cambios en la expresión de ambos genes confirma la sobreexpresión de STAT5B e infraexpresión de ATF-2 inducida por la exposición a CA e ICC. También se ha confirmado el aumento en la proteína STAT5B inducida por el tratamiento con CA y con ICC y la disminución de los niveles de ATF-2 debidos al tratamiento con CA.

4. El tratamiento con CA e ICC modula los niveles de ciclina D1, proteína regulada por STAT5B y ATF-2 en dos líneas celulares de cáncer. En HT29, la exposición a CA reduce los niveles de ciclina D1, mientras que ICC induce los niveles de ciclina D1 al igual que los de ATF-2. En MCF-7 ambos tratamientos, CA e ICC, consiguen una disminución drástica de los niveles de proteína ciclina D1, a pesar de no acompañarles la disminución de ATF-2.

NUTRIGENOMIC STUDIES OF COCOA AND COFFEE POLYPHENOLS IN HUMAN TUMOR CELL LINES

Nutritional genomics research combines the knowledge areas of molecular biology, genetics and nutrition. Nutrigenomics studies how diet, or compounds from diet are able to modulate gene expression. Diet compounds such as polyphenols are known to produce beneficial effects in human homeostasis. Cocoa and coffee are two polyphenol food sources well studied in nutritional research. The aim of this work was to get further insight in the understanding of the mechanism of action through which cocoa and coffee polyphenols exert their beneficial effect, using three different nutrigenomics approaches.

The main conclusions of these nutrigenomic studies are:

1) The interaction between ERα and AhR upon incubation with a polyphenolic cocoa extract leads to CYP1A1 induction in breast cancer cells. The synergy between PCE and non-cytotoxic tamoxifen concentrations opens the possibility for a combination therapy based on polyphenols from cocoa that increased tamoxifen efficacy.

2) The activation of Apolipoprotein AI transcription through Site B in its promoter by cocoa flavanol metabolites is mainly mediated by an increase in HNF-3β, with a significant contribution of Sp1 and NFY, as a mechanism for the protective role of these compounds in cardiovascular diseases.

3) Coffee polyphenols are able to affect cyclin D1 expression in cancer cells through the modulation of STAT5B and ATF-2.

The results of this thesis led to three publications in international journals; i) “CYP1A1 is overexpressed upon incubation of breast cancer cells with a polyphenolic cocoa extract” in European Journal of Nutrition ii) “Cocoa flavanol metabolites activate HNF-3β, Sp1 and NFY mediated transcription of Apolipoprotein AI in human cells” in Molecular Nutrition and Food Research iii) “Coffee Polyphenols Change the Expression of STAT5B and ATF-2 Modifying Cyclin D1 Levels in Cancer Cells” in Oxidative Medicine and Cellular Longevity.