La bioenergética tumoral es afectada por isoquinolinquinonas. Una opción para nuevos agentes antitumorales

Abstract

Una serie de alteraciones promueven la transformación de una célula normal a una neoplásica. Entre estas destacan: la resistencia a la muerte celular, una sostenida señalización proliferativa, una evasión al sistema inmune, una capacidad de replicación ilimitada y una reprogramación del metabolismo. La última alteración, permite a las células neoplásicas obtener las macromoléculas y la energía suficiente para satisfacer sus demandas para la proliferación acelerada y otros procesos relacionados. Una de las anormalidades metabólicas mejor conocidas es el denominado efecto Warburg, el cual demuestra que las células neoplásicas tienen una elevada glicólisis incluso en presencia de oxígeno. Sin embargo, evidencias bioquímicas y genéticas han demostrado la dependencia de las células tumorales tanto de glicólisis como de la fosforilación oxidativa. La mitocondria es “la fuente de poder” de la célula, es un reservorio de proteínas pro y anti apoptóticas y tiene un papel fundamental en la interconexión de los diferentes procesos metabólicos dentro de la célula. Además, es importante tener en cuenta el metabolismo mitocondrial anormal que tienen las células tumorales. Por lo tanto, las investigaciones se han enfocado en la búsqueda de compuestos con acción mitocondrial con la capacidad de inducir muerte selectiva en las células neoplásicas. Estos compuestos pueden actuar en distintos niveles de la mitocondria, por ejemplo, a nivel de los canales mitocondriales (VDAC y ANT), de complejos respiratorios, de las proteínas apoptóticas, del ADNm, produciendo una desestabilización mitocondrial que puede desencadenar procesos de muerte celular. Existe una isoquinolinquinona (MQ) con actividad antiproliferativa contra diferentes líneas tumorales, sin embargo, su mecanismo de acción no ha sido evaluado. Nosotros creemos que podría actuar a nivel mitocondrial. Además, sintetizamos dos análogos (MQR8 y MQR16) y evaluamos su actividad antitumoral en células de tumor de mama. Nuestros principales resultados demostraron que MQ posee actividad antiproliferativa en un rango de IC50 entre 10-25 μM en células tumorales de mama, MQR8 posee una actividad similar al primero y que MQR16 es inactivo. Además, MQ fue capaz de afectar OXPHOS,produciendo cambios en los parámetros respiratorios en células tumorales intactas y en los estados mitocondriales, junto a un incremento en la producción de anión superóxido mitocondrial y disminución en los niveles de ATP y NAD(P)H citosólicos en las células tumorales de mama por el tratamiento con MQ. El potencial de membrana mitocondrial disminuyó, por efecto del compuesto y tras 24 h de tratamiento las células tumorales tratadas con MQ mueren por apoptosis. Por otro parte, MQR8 tiene un comportamiento similar a MQ en términos de perturbación mitocondrial, sin embargo, existen diferencias en los efectos sobre algunos parámetros bioenergéticos mitocondriales

A series of alterations promote the transformation of normal to neoplastic cell. Which includes: resistance to cell death, sustained proliferative signaling, immune system evasion, unlimited replicative capacity and metabolic reprogramming. This latter, allows cancer cells to obtain macromolecules and energy to satisfy their demands for accelerated proliferation and related processes. One of the best known metabolic abnormalities is the so called Warburg effect, which demonstrates that cancer cells have high glycolysis even in the presence of oxygen. However, biochemical and genetic evidences have demonstrated the dependence of cancer cells of both glycolysis and oxidative phosphorylation. The mitochondrion is the "power plant" of the cell, a reservoir of pro and anti apoptotic proteins and plays a fundamental role in the interconnection of the various metabolic processes within the cell. It is also important to consider the abnormal mitochondrial metabolism that has cancer cells. Therefore, research has been focused on finding compounds with mitochondrial action with the ability to induce selective death in neoplastic cells. These compounds may act at different levels on mitochondrion, for example, mitochondrial channel level (VDAC and ANT), respiratory complexes, apoptotic protein, mitochondrial DNA, resulting in mitochondrial destabilization that can trigger cell death processes. Exists one reported isoquinolinequinone (MQ) with antiproliferative activity against different cancer cell lines, however, its mechanism of action has not been evaluated. We hypothesized that it could act at the mitochondrial level. Also, we synthesized two analogues (MQR8 and MQR16) and assessed their anticancer activity on breast cancer cells. Our main results demonstrated that MQ had antiproliferative activity with an IC50 range of 10 to 25 μM in breast tumor cells, MQR8 had an activity similar to MQ and MQR16 had non activity. Moreover, MQ was able to affect OXPHOS producing changes in respiratory parameters on intact breast cancer cells and in the mitochondrial states. Along with this, an increase in mitochondrial superoxide anion production and decreased levels of cytosolic ATP and NAD(P)H were produced in breast tumor cells by MQ treatment. The mitochondrial membrane potential decreased by effect of the compound and after 24 h of MQ treatment breast cancer cells died by apoptosis. On the other hand, MQR8 had a similar behavior that MQ in terms of mitochondrial disruption, however, there were differences in the effects over some mitochondrial bioenergetic parameters