Evaluación del efecto citotóxico de decilpolihidroxibenzoatos-TPP+ junto a doxiciclina y su efecto antitumoral en un modelo xenográfico ortotópico murino de cáncer de mama

Abstract

La mitocondria juega un rol fundamental en la oncogénsis y en la resistencia a la quimioterapia; además se considera como un blanco terapéutico prometedor en la búsqueda de nuevos tratamientos contra el cáncer. Resultados previos del laboratorio demuestran que decilpolihidroxibenzoatos (DPHB) unidos a un grupo trifenilfosfonio (TPP+), son selectivos frente a mitocondrias de células de cáncer de mama (CM). Sin embargo, el mecanismo de acción de éstos no está completamente dilucidado. Por ello, esta tesis se enfoca en describir sus mecanismos de acción sobre este organelo, así como los mecanismos de resistencia; y cómo estos pueden ser contrarrestado con un segundo compuesto con efecto mitocondrial, doxiciclina. La combinación de ambos compuestos permite potenciar su selectividad, el efecto citotóxico y anti metastásico no sólo en un modelo in vitro sino también en un modelo murino xenográfico ortotópico de CM. Los resultados indican que DPHB-TPP+ inhibe la bioenergética mitocondrial en células de CM, caracterizada por: (1) una fase inicial de captación mitocondrial con un efecto de desacoplamiento de la fosforilación oxidativa; (2) inhibición de la respiración dependiente del complejo I y (3) una fase tardía de acumulación mitocondrial con inhibición de la actividad del complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa. Lo anterior desencadena en una remodelación metabólica hacia la glicólisis, activación de AMPK y un aumento de la expresión de marcadores de biogénesis mitocondrial. Estos eventos se traducen en la detención del ciclo celular y muerte celular. Adicionalmente, la inhibición de la traducción mitocondrial con doxiciclina, en presencia de GA-TPP+C10 reduce significativamente los niveles de proteína mt-CO1 y VDAC, la respiración máxima, y con ellos se promueve un efecto citotóxico selectivo y sinérgico en células de CM. En el modelo murino xenográfico ortotópico, GA-TPP+C10 demostró baja toxicidad y el tratamiento en combinación con doxiciclina ejerce un efecto antitumoral, antimetastásico y antiangiogénico. Se concluye, GA-TPP+C10/doxiciclina constituye una atractiva posibilidad terapéutica para el CM y que amerita futuros estudios en el área preclínica.

The mitochondrion is a promising therapeutic target for novel cancer treatments due of its essential role in oncogenesis and resistance to chemotherapy. Previously, we have described that polyhydroxy benzoates derivatives (DPHB) attached to the triphenyl phosphonium (TPP+), selectively targets the mitochondria of breast cancer (BC) cells. However, the exact mechanism of action remains unclear. Therefore, this thesis focuses on describing its mitochondrial action, resistance mechanisms and how these can be counteracted with a second compound of mitochondrial activity, doxycycline. The combination of both compounds potentiates the cytotoxicity, the selectivity and therefore the anti-tumor and anti-metastatic effect not only in vitro but also in an orthotopic murine model of BC. The results indicate that DPHB-TPP+ inhibits the mitochondrial bioenergetics in BC cells, characterized by: (1) an initial phase of mitochondrial uptake with an uncoupling effect of oxidative phosphorylation, (2) inhibition of Complex I-dependent respiration, and (3) a late phase of mitochondrial accumulation with inhibition of α-ketoglutarate dehydrogenase complex activity. The mitochondrial bioenergetic dysregulation triggers a metabolic remodeling towards glycolysis, AMPK activation and an increase in the expression of mitochondrial biogenesis markers. Together, these effects lead to cell cycle arrest and cell death. In addition, the inhibition of mitochondrial translation with doxycycline, in the presence of GA-TPP+C10, reduces mt-CO1 and VDAC protein levels, maximal respiration, and thereby promote a selective and synergistic cytotoxic effect in BC cells. In the orthotopic murine model of BC, GA-TPP+C10 demonstrated low toxicity and its combination with doxycycline exerts antitumoral, antimetastatic and anti-angiogenic effects. The data presented suggests that the combination of GA-TPP+C10 and doxycycline could be an interesting new therapeutic tool for BC.