Importancia del ratio ERα/ERβ en la función mitocondrial y el estrés oxidativo en el cáncer de mama. Influencia de la genisteína y la UCP2 en la eficacia de los tratamientos antitumorales

Abstract

[spa] El cáncer de mama es una de las enfermedades más comunes en los países desarrollados. Este cáncer suele ser hormonodependiente, es decir, se ve influenciado por la presencia de hormonas como el 17β-estradiol (E2), el estrógeno más abundante en las mujeres, que ejerce sus efectos en las células mediante su interacción con los receptores estrogénicos (ER), ERα y ERβ. El ERα presenta funciones relacionadas con la proliferación celular, mientras que el ERβ tiene efectos citostáticos y de diferenciación celular. Así pues la ratio ERα/ERβ podría influir en el desarrollo y la progresión del cáncer de mama. Además, la genisteína, un fitoestrógeno natural presente en la soja, puede unirse a ambos ERs modulando la expresión génica en las células de cáncer de mama. La funcionalidad mitocondrial juega un papel crucial en el cáncer a través de la modulación del estrés oxidativo. Así, una menor funcionalidad mitocondrial se ha asociado a una mayor producción de especies radicales de oxígeno (ROS), lo que podría suponer un incremento en la proliferación celular. Sin embargo, un aumento excesivo en los niveles de ROS podría provocar la muerte celular si los sistemas antioxidantes de la célula no son capaces de contrarrestar estos ROS, dañando las macromoléculas. Una las proteínas que forman parte del sistema antioxidante de la célula es la proteína desacoplante 2 (UCP2), cuya función es disipar el gradiente protónico en la membrana interna mitocondrial, reduciendo así el estrés oxidativo. Los objetivos de esta tesis fueron los siguientes: 1) estudiar cómo afecta la ratio ERα/ERβ a la función y dinámica mitocondrial después del tratamiento con concentraciones fisiológicas de E2 y genisteína, 2) investigar si la presencia del ERβ podría suponer un factor de resistencia a tratamientos antitumorales como el cisplatino, el paclitaxel y el tamoxifeno, cuyo mecanismo de acción es la generación de estrés oxidativo en las células cancerosas para provocar la muerte celular, 3) examinar si el silenciamiento de la UCP2 podría suponer un tratamiento adyuvante en el cáncer de mama, 4) analizar la posible interferencia de la genisteína en la eficacia de los tratamientos antitumorales. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran como la presencia y estimulación del ERβ incrementó la funcionalidad y dinámica mitocondrial en líneas celulares de cáncer de mama tratadas con E2 y genisteína, sugiriendo que una baja ratio ERα/ERβ favorecería la resistencia de las células de cáncer de mama a tratamientos citotóxicos a través de una mejora de la funcionalidad mitocondrial, con la consiguiente reducción en la producción de ROS. Con la excepción del tamoxifeno ya que la presencia en las células del ERβ únicamente determina el tipo de respuesta a este compuesto, apoptosis o autofagia. El silenciamiento de la UCP2 produjo un aumento de la muerte celular por autofagia en las células tratadas con cisplatino y, especialmente, con tamoxifeno, debido a un aumento drástico en la producción de ROS. Finalmente, la genisteína provocó una menor respuesta a los tratamientos antitumorales en las células de cáncer de mama con una elevada ratio ERα/ERβ, desplazando al E2 de los ERs, reduciendo así el estrés oxidativo. Además, en la línea celular de cáncer de mama con una baja ratio ERα/ERβ la respuesta al tratamiento con tamoxifeno mejoró en combinación con la genisteína a través de un aumento en los niveles de apoptosis y autofagia. En conclusión, los niveles de UCP2 y la ratio ERα/ERβ, así como la concentración de E2 y genisteína que estarían interaccionando con los receptores estrogénicos, juegan un papel fundamental en la respuesta de las células de cáncer de mama a los tratamientos antitumorales, modulando la funcionalidad mitocondrial y, por tanto, la producción de ROS.

[cat] El càncer de mama és una de les malalties més comuns del països desenvolupats. Aquest càncer sol ser hormonodependent, és a dir, es veu influenciat per la presència d’hormones com el 17β-estradiol (E2), l’estrogen més abundant a les dones, que exerceix els seus efectes a les cèl•lules mitjançant la seva interacció amb els receptors estrogènics (ER), ERα i ERβ. L’ERα presenta funcions relacionades amb la proliferació cel•lular, mentre que l’ERβ té efectes citostàtics i de diferenciació cel•lular. Així doncs la ràtio ERα/ERβ podria influir en el desenvolupament i la progressió del càncer de mama. A més, la genisteïna, un fitoestrogen natural present a la soja, pot unir-se a ambdós Ers modulant l’expressió gènica a les cèl•lules de càncer de mama. La funcionalitat mitocondrial juga un paper crucial al càncer a través de la modulació de l’estrès oxidatiu. Així, una menor funcionalitat mitocondrial s’ha associat a una major producció d’espècies radicals d’oxigen (ROS), el que podria suposar un increment en la proliferació cel•lular. No obstant, un augment excessiu en els nivells de ROS podria provocar la mort cel•lular si els sistemes antioxidants de la cèl•lula no són capaços de contrarestar aquests ROS, danyant les macromolècules. Una de les proteïnes que formen part del sistema antioxidant de la cèl•lula és la proteïna desacoblant 2 (UCP2), la funció de la qual és dissipar el gradient protònic a la membrana interna mitocondrial, reduint l’estrès oxidatiu. Els objectius d’aquesta tesi foren els següents: 1) estudiar com afecta la ràtio ERα/ERβ a la funció i dinàmica mitocondrial després del tractament amb concentracions fisiològiques d’E2 i genisteïna, 2) investigar si la presència de l’ERβ podria suposar un factor de resistència a tractaments antitumorals com el cisplatí, el paclitaxel i el tamoxifè, el mecanisme d’acció dels quals és la generació d’estrès oxidatiu a les cèl•lules canceroses per provocar la mort cel•lular, 3) examinar si el silenciament de l’UCP2 podria suposar un tractament adjuvant en el càncer de mama, 4) analitzar la possible interferència de la genisteïna en l’eficàcia dels tractaments antitumorals. Els resultats obtinguts en aquesta tesi mostren com la presència i estimulació de l’ERβ incrementà la funcionalitat i dinàmica mitocondrial en línees cel•lulars de càncer de mama tractades amb E2 i genisteïna, suggerint que una baixa ràtio ERα/ERβ afavoriria la resistència de les cèl•lules de càncer de mama als tractaments citotòxics a través d’una millora de la funcionalitat mitocondrial, amb la consegüent reducció en la producció de ROS. Amb l’excepció del tamoxifè ja que la presència a les cèl•lules de l’ERβ únicament determina el tipus de resposta a aquesta compost, apoptosi o autofàgia. El silenciament de l’UCP2 produí una augment de la mort cel•lular per autofàgia a les cèl•lules tractades amb cisplatí i, especialment, amb tamoxifè, degut a un increment dràstic en la producció de ROS. Finalment, la genisteïna provocà una menor resposta als tractaments antitumorals a les cèl•lules de càncer de mama amb una elevada ràtio ERα/ERβ, desplaçant l’E2 dels ERs, reduint així l’estrès oxidatiu. A més, a la línea cel•lular de càncer de mama amb una baixa ràtio ERα/ERβ la resposta al tractament amb tamoxifè millorà en combinació amb la genisteïna a través d’un augment en els nivells d’apoptosi i autofàgia. En conclusió, els nivells d’UCP2 i la ràtio ERα/ERβ, així com la concentració d’E2 i genisteïna que estarien interaccionant amb els receptors estrogènics, juguen un paper fonamental en la resposta de les cèl•lules de càncer de mama als tractaments antitumorals, modulant la funcionalitat mitocondrial i, per tant, la producció de ROS.

[eng] Breast cancer is one of the most common diseases in developed countries. This type of cancer is usually hormone-dependent; it is influenced by the presence of hormones such as 17β-estradiol (E2), the most abundant estrogen in women, which exerts its effects in the cells through its interaction with the estrogen receptors (ER), ERα and ERβ. ERα has functions related to cell proliferation, while ERβ shows cytostatic and cell differentiation effects. As a result, the ERα/ERβ ratio may influence in the breast cancer development and progression. Moreover, the genistein, a natural phytoestrogen found in soybeans, is able to bind both ERs modulating the gene expression in breast cancer cells. The mitochondrial functionality plays a crucial role in cancer through the modulation of the oxidative stress. Thus, a lower mitochondrial functionality has been associated with a greater production of radical oxygen species (ROS), which may suppose a cell proliferation increment. However, an excessive increase in ROS levels may lead to cell death if the cell antioxidant systems are unable to counteract these ROS, damaging macromolecules. One of the proteins that is part of the antioxidant system of the cell is the uncoupling protein 2 (UCP2), whose function is to dissipate the proton gradient in the inner mitochondrial membrane, so reducing oxidative stress. The objectives of this thesis were: 1) to study how the ERα/ERβ ratio affects to the mitochondrial function and dynamics after treatment of physiological concentrations of E2 and genistein, 2) to investigate if the presence of ERβ may be a resistance factor to anticancer treatments such as cisplatin, paclitaxel and tamoxifen, whose mechanism of action is the generation of oxidative stress in cancer cells in order to provoke the cell death, 3) to review whether the UCP2 silencing could be an adjuvant treatment against breast cancer, 4) to analyze the possible interference of the genistein in the efficacy of the anticancer treatments. Results obtained in this thesis show that the presence and stimulation of the ERβ increased the mitochondrial functionality and dynamics in breast cancer cell lines treated with E2 and genistein, suggesting that a low ERα/ERβ ratio would favor the resistance of breast cancer cells to cytotoxic treatments through an improvement of the mitochondrial functionality, with the consequent reduction in the ROS production. With the exception of tamoxifen as the presence of the ERβ only determines the type of the response to this compound, apoptosis or autophagy. The UCP2 silencing produced an increase in the autophagic cell death in those cells treated with cisplatin and, especially, with tamoxifen, due to a drastic raise in the ROS production. Finally, the genistein triggered a lower response of breast cancer cells with a high ERα/ERβ ratio to anticancer treatments, displacing the E2 of the ERs, thereby reducing the oxidative stress. Furthermore, in that breast cancer cell line with a low ERα/ERβ ratio the response to tamoxifen treatment was enhanced in combination with the genistein through an increase in the apoptosis and autophagy levels. In conclusion, the UCP2 levels and the ERα/ERβ ratio, as well as the concentration of E2 and genistein which would be interacting with the estrogen receptors, play an important role in the response of breast cancer cells to anticancer treatments, modulating the mitochondrial functionality and, therefore, the ROS production.