Efectos del tratamiento con oxígeno hiperbárico sobre la proliferación de las células troncales intestinales y su relación con la vía mTORc1 en Mus musculus

Abstract

Se ha demostrado que la terapia con oxigeno hiperbárico (HBOT) promueve la proliferación de células troncales somáticas in vivo en diversos modelos animales. Sin embargo, los mecanismos moleculares que subyacen este efecto no han sido estudiados en profundidad. El intestino de mamíferos tiene un alto índice de recambio celular debido al desgaste que sufre en el ejercicio de las funciones de degradación, absorción de nutrientes y evacuación de los restos innecesarios. Es por ello que en este órgano hay un gran volumen de células troncales en constante división y diferenciación, convirtiendo al intestino en un modelo atractivo para evaluar el impacto de HBOT. Mediante el uso de HBOT en esta tesis se logró modular gradualmente en el tiempo la proliferación y migración de las células troncales intestinales (CTI) murinas. La exposición a HBOT por veinte días promueve un aumento sincronizado de la proliferación de las CTI por cripta. Dado que la enzima metabólica mTORc1 modifica su actividad dependiendo de los niveles de oxígeno, en respuesta a factores intermediarios tales como HIF-1α o REDD1, se ensayó a continuación si la vía mTORc1 está mediando los efectos de HBOT. Ratones inyectados con Rapamicina (inhibidor alostérico de mTORc1) aumentan la proliferación de las CTI, a similares niveles observados en animales sometidos a HBOT por 20 días. Rapamicina, en nuestro modelo, estaría provocando una respuesta similar a lo que se ha descrito previamente ante una restricción calórica (RC). Sin embargo, llama la atención que el uso combinado de HBOT con Rapamicina no genera dicho aumento en la proliferación de 2 las CTI. Se ha planteado que la RC pudo ser simulada por la administración de Rapamicina, esto último evaluado mediante la disminución en los niveles de fosforilación de una de las proteínas efectoras de la vía mTORc1, S6K1. No obstante, tratamientos de 20 días con uso combinado de HBOT y Rapamicina logran recuperar la fosforilación sobre de S6K1 a niveles controles. Se propone por tanto que el aparente efecto antagónico entre la inhibición por Rapamicina y una posible estabilización del complejo mTORc1 por parte de HBOT se traduciría en la anulación del aumento de la proliferación de las CTI, esto último sería por un mecanismo que aún se desconoce y que debería ser abordado en futuros estudios. Se concluye que HBOT promueve la proliferación de las CTI y por tanto el funcionamiento del intestino. Extrapolando nuestros resultados, HBOT se podría utilizar como parte de un plan de tratamiento integral para tratar eficazmente afecciones intestinales, al ser administrado en conjunto con otras terapias y medicamentos que se adapten a las necesidades individuales del paciente.

It has been described that hyperbaric oxygen therapy (HBOT) promotes somatic stem cell proliferation in vivo in several animal models. However, the molecular mechanisms underlying this effect have not been studied in depth. The mammalian intestinal epithelium has one of the highest cells turn-over rates due the constant attrition suffered due to its functions of degradation, absorption of nutrients and evacuation of unnecessary remains. As such, in this organ there is a large volume of stem cells in constant division and differentiation, making the intestine an attractive model to evaluate the impact of HBOT. In this thesis we were able to modulate gradually murine intestinal stem cell (ISC) proliferation and migration using HBOT. Exposure to HBOT for twenty days in an experimental hyperbaric chamber promotes a synchronized increase in the proliferation of CTIs per crypt. Since the metabolic enzyme mTORc1 modifies its activity depending on oxygen levels, in response to intermediary factors such as HIF-1α or REDD1, it was tested whether the mTORc1 pathway is mediating the effects of HBOT. Interestingly, mice injected with Rapamycin (an allosteric inhibitor of mTORc1) increased the proliferation of ISCs, at similar levels observed in animals submitted to HBOT for 20 days. However, it is striking that the combined use of HBOT with Rapamycin does not generate such an increase in the proliferation of ISC. Rapamycin effects can be explained due its ability to mimic a caloric restriction (CR). It has been suggested that CR could be simulated by the administration of Rapamycin, the latter evaluated by the decrease in phosphorylation levels of one of the