Metabolisme energètic de la cèl·lula tumoral: una posible diana per al tractament del càncer. Paper de la sirtuïna 3

Abstract

[cat] Resum Les cèl·lules canceroses presenten diverses característiques distintives de les cèl·lules normals, entre les que destaca la reprogramació metabòlica que sofreixen per tal de sostenir la seva elevada taxa de proliferació. Avui en dia es reconeix el paper fonamental que juguen els mitocondris, principals productors d’ATP i d’espècies reactives d’oxigen (ROS), en el desenvolupament i la progressió del càncer. Una proteïna clau implicada en el control de la integritat mitocondrial i de l’estrès oxidatiu és SIRT3, considerada el guardià del mitocondri. Altres proteïnes que poden tenir un paper clau en el metabolisme tumoral són PGC-1α, regulador de la biogènesi mitocondrial; UCP2, implicada en la funció mitocondrial i l’estrès oxidatiu; o p53, regulador de la resposta antioxidant i supervivència cel·lular. Aquestes proteïnes podrien ser possibles dianes per al tractament del càncer. Els objectius d’aquesta tesi van ser els següents: 1) estudiar el paper de SIRT3 sobre l’estrès oxidatiu i l’homeòstasi mitocondrial en línies de càncer de mama i de còlon, i si el seu silenciament pot millorar l’eficàcia dels tractaments antitumorals emprats més freqüentment; 2) analitzar la importància de PGC-1α sobre la resposta a l’estrès oxidatiu i la funcionalitat mitocondrial en línies cel·lulars de melanoma; 3) estudiar si el silenciament d’UCP2 en cèl·lules de càncer de pàncrees pot afectar la funció mitocondrial; i 4) determinar si p53 mutat és capaç de regular l’estrès oxidatiu per l’adquisició d’un guany de funció. Els resultats obtinguts van mostrar que el silenciament de SIRT3 comprometia tant la funció mitocondrial com la resposta antioxidant en cèl·lules de càncer de mama i de còlon. A més, la combinació del silenciament amb l’ús de compostos antitumorals va millorar l’eficàcia d’aquests, incrementant la mort cel·lular. Per altra banda, l’activació de PGC-1α va induir la resposta antioxidant i va millorar la funció mitocondrial en línies de melanoma. Pel que fa a UCP2, el seu silenciament va incrementar la funcionalitat dels mitocondris i el consum d’oxigen, suggerint que UCP2 participa en la reprogramació metabòlica en el càncer de pàncrees. Finalment, l’estudi de p53 mutat a la línia cel·lular de melanoma MeWo suggereix que p53 mutat podria presentar una nova funció regulant UCP2 i SIRT3 com a estratègia per a mantenir els nivells de ROS controlats. Els resultats obtinguts a la present tesi permeten concloure que la modulació de proteïnes clau pel metabolisme de la cèl·lula tumoral, com SIRT3, PGC-1α, UCP2 o p53, podria considerar-se com a una estratègia de teràpia adjuvant per a millorar el tractament del càncer.

[spa] Las células cancerosas presentan diversas características distintivas respecto a las células normales, entre las que destaca la reprogramación metabólica que sufren para poder sostener su elevada tasa de proliferación. Hoy en día se reconoce el papel fundamental que juegan las mitocondrias, principales productoras de ATP y de especies reactivas de oxígeno (ROS), en el desarrollo y la progresión del cáncer. Una proteína clave implicada en el control de la integridad mitocondrial y del estrés oxidativo es SIRT3, considerada el guardián de las mitocondrias. Otras proteínas que pueden tener un papel clave en el metabolismo tumoral son PGC-1α, regulador de la biogénesis mitocondrial; UCP2, implicada en la función mitocondrial y el estrés oxidativo; o p53, regulador de la respuesta antioxidante y supervivencia celular. Estas proteínas podrían ser posibles dianas para el tratamiento del cáncer. Los objetivos de esta tesis fueron los siguientes: 1) estudiar el papel de SIRT3 sobre el estrés oxidativo y la homeostasis mitocondrial en líneas de cáncer de mama y de colon, y si su silenciamiento puede mejorar la eficacia de los tratamientos antitumorales usados más frecuentemente; 2) analizar la importancia de PGC-1α sobre la respuesta al estrés oxidativo y la funcionalidad mitocondrial en líneas celulares de melanoma; 3) estudiar si el silenciamiento de UCP2 en células de cáncer de páncreas puede afectar a la función mitocondrial; y 4) determinar si p53 mutado es capaz de regular el estrés oxidativo por la adquisición de una ganancia de función. Los resultados obtenidos mostraron que el silenciamiento de SIRT3 comprometió tanto la función mitocondrial como la respuesta antioxidante en células de cáncer de mama y de colon. Además, la combinación del silenciamiento con el uso de compuestos antitumorales mejoró la eficacia de estos últimos, incrementando la muerte celular. Por otra parte, la activación de PGC-1α provocó la inducción de la respuesta antioxidante y mejoró la función mitocondrial en líneas de melanoma. Respecto a UCP2, su silenciamiento incrementó la funcionalidad mitocondrial y el consumo de oxígeno, sugiriendo que UCP2 participa en la reprogramación metabólica en el cáncer de páncreas. Finalmente, el estudio de p53 mutado en la línea celular de melanoma MeWo sugiere que p53 mutado podría presentar una nueva función regulando UCP2 y SIRT3 como parte de una estrategia para mantener los niveles de ROS controlados. Los resultados obtenidos en la presente tesis permiten concluir que la modulación de proteínas clave para el metabolismo de la célula tumoral, tales como SIRT3, PGC-1α, UCP2 o p53, podría considerarse como una estrategia de terapia adyuvante para mejorar el tratamiento del cáncer.

[eng] Cancer cells exhibit some characteristics that distinguish them from normal cells. Among these hallmarks, the metabolic reprogramming is crucial to sustain their high proliferation rate. Mitochondria, the main source of ATP and reactive oxygen species (ROS), play a well-recognized role in cancer development and progression. SIRT3 is a key protein involved in the control of mitochondrial integrity and oxidative stress, and is considered the guardian of mitochondria. Other proteins that could have a crucial role in tumor metabolism are PGC-1α, regulator of mitochondrial biogenesis; UCP2, involved in mitochondrial function and oxidative stress; or p53, regulator of the antioxidant response and cell survival. These proteins could be new possible targets for cancer therapy. The objectives of this thesis were: 1) to study the role of SIRT3 in oxidative stress and mitochondrial homeostasis in breast and colon cancer cell lines, and whether its silencing could improve the efficacy of commonly used anticancer treatments; 2) to analyze the importance of PGC-1α on the response to oxidative stress and the mitochondrial functionality of melanoma cell lines; 3) to study whether UCP2 silencing in pancreatic cancer cells could affect mitochondrial function; and 4) to determine whether mutant p53 may regulate oxidative stress through the acquisition of a gain of function. The results showed that SIRT3 silencing compromised both mitochondrial function and antioxidant response in breast and colon cancer cells. Furthermore, the use of anticancer compounds in combination with SIRT3 knockdown increased the efficacy of these treatments, increasing cell death. On the other hand, PGC-1α activation induced the antioxidant response and improved mitochondrial function in melanoma cell lines. Regarding UCP2, its silencing increased mitochondria functionality and oxygen consumption, suggesting that UCP2 may be involved in the metabolic reprogramming of pancreatic cancer. Finally, the study of mutant p53 in MeWo melanoma cell line suggested that it could show a new function regulating UCP2 and SIRT3 as part of a strategy to control ROS levels. From the results obtained in this thesis, it can be concluded that the modulation of key proteins for cancer cells’ metabolism, such as SIRT3, PGC-1α, UCP2 or p53, could be considered as an adjuvant strategy to improve cancer treatment.