[eng] Colorectal cancer is the third most common cancer worldwide and the second cause of
cancer death, in fact, the 5-year survival decreases drastically across the stages. This
decrease in survival in the advanced stages indicates the need of an early diagnosis. The
new biomarker research is focused on the study of colorectal cancer tissues, but despite
oxidative stress, inflammation, and the epithelial-mesenchymal transition are key
processes for the development of this disease, their role in early stages is not well
stablished yet. As well as the possibility of finding biomarkers in tumor tissues, these
new biomarkers could be found in extracellular vesicles, because the extracellular
vesicles are released from colorectal cancer cells since early stages. Moreover, these
vesicles are delimitated by a lipid bilayer that protects the extracellular vesicles content
from degradation. Extracellular vesicles are found in most biological fluids, therefore
could be found in bowel lavage fluid, which is an uncommon sample type acquired
during colonoscopies with a huge potential as a colorectal cancer study sample. Finally,
the main function of extracellular vesicles is to act as a communicator between cells.
Diet is a factor risk of colorectal cancer since it participates in initiation and progression
of colorectal cancer. Genistein, an isoflavone found in soybean, present an important
effect in colorectal cancer, but the mechanism by which performs its action remains
unclear.
For these reasons, the objectives of this thesis were: 1) to determine the changes in
oxidative stress, inflammation, epithelial-mesenchymal transition, and metastasis
related proteins in tumor and non-tumor adjacent tissues from patients with colorectal
cancer in all the stages; 2) to analyze the bowel lavage fluid and its extracellular vesicles
as a research sample for study and diagnosis of colorectal cancer; 3) to study the RNA
content from extracellular vesicles isolated from bowel lavage fluid from colorectal
cancer patients; 4) to determine the effect of genistein on oxidative stress,
mitochondrial biogenesis, and inflammatory status in primary and metastatic colon
cancer cell lines.
The obtained results indicate that early stages of colorectal cancer, especially stage II,
present molecular characteristics that belong to advanced stages, which indicates the
importance of early stages for the disease development and the possibility of using
these changes as a source of possibly early biomarker of colorectal cancer. The nontumor
adjacent tissue presents an increase in inflammatory status across the stages,
which could indicate a communication between both tissue types, which could be done
by extracellular vesicles released by tumor cells. These extracellular vesicles can be
isolated from bowel lavage fluid and can be used as a biomarker source, because its
content can reflect the origin cell status. Furthermore, the content of extracellular
vesicles from cancer patients is enriched in mRNAs and miRNAs, which participate in
pathways related to oxidative stress and mitochondria, inflammation, proliferation, and
cell death. Finally, all these mentioned pathways are modified by genistein to decrease
cell viability in cells from primary and metastatic tumors in a different way.
In conclusion, the study of early stages of colorectal cancer allows an increase in the
disease progression knowledge in addition to their function as a biomarker source, that
can also be found in extracellular vesicles content, for diagnosis and prognosis of
colorectal cancer to improve the survival of colorectal cancer patients.
[cat] El càncer colorectal és la tercera neoplàsia més comú al món i la segona causa de mort
per càncer, de fet, la supervivència als 5 anys va disminuint dràsticament al llarg dels
estadis d’aquesta malaltia. Aquesta disminució als estadis més avançats indica la
necessitat d’un diagnòstic primerenc. La recerca de nous marcadors per al diagnòstic i
pronòstic de la malaltia es centra en l’estudi dels teixits afectats per el càncer, però a
pesar de que l’estrès oxidatiu, la inflamació i la transició epiteli-mesènquima són
processos clau per al desenvolupament d’aquesta patologia no es coneix bé el seu paper
als estadis primerencs. A més de trobar aquests marcadors als teixits afectats, també es
podrien trobar a les vesícules extracel·lulars, ja que s’alliberen per les cèl·lules del càncer
colorectal des de estadis primerencs. A més, les vesícules estan delimitades per una
bicapa lipídica que protegeix el seu contingut de la degradació. Aquestes vesícules es
troben a la majoria de fluids del cos, per tant es podrien trobar a l’aspirat del lumen
intestinal, que es una mostra poc coneguda que es recull durant les colonoscòpies i que
té un gran potencial com a eina per a l’estudi d’aquest càncer. Finalment, la funció
principal de les vesícules extracel·lulars és la comunicació entre cèl·lules. La dieta és un
factor de risc per al càncer colorectal, ja que hi participa en l’inici i progressió. La
genisteïna, una isoflavona dels aliments rics en soja, actua sobre el càncer colorectal,
encara que com porta a terme la seva acció no està completament dilucidat.
Els objectius d’aquesta tesi varen ser: 1) determinar els canvis en l’estrès oxidatiu,
inflamació, transició epiteli-mesènquima i metàstasi a mostres de teixit tumoral i de
teixit adjacent no tumoral de pacients afectats per càncer colorectal als diferents estadis
de la malaltia; 2) analitzar l’aspirat intestinal i les vesícules extracel·lulars que conté com
eina per a l’estudi i diagnòstic del càncer colorectal; 3) determinar i estudiar l’ARN
contingut en les vesícules extracel·lulars aïllades de l’aspirat del lumen intestinal de
pacients afectats per càncer colorectal; 4) determinar l’efecte de la genisteïna sobre
l’estrès oxidatiu, la biogènesi mitocondrial i l’estat inflamatori sobre dues línies cel·lulars
de càncer de colon.
Els resultats obtinguts indiquen que els estadis primerencs del càncer colorectal,
especialment l’estadi II, presenten característiques moleculars pròpies d’estadis més
avançats, la qual cosa indica la importància dels estadis primerencs per al
desenvolupament de la malaltia i la possibilitat d’emprar aquests canvis com a font de
marcadors primerencs del càncer colorectal. El teixit adjacent no tumoral presenta un
increment en l’estat inflamatori al llarg dels diferents estadis, la qual cosa podria indicar
una comunicació entre ambdós tipus de teixit, que pot ser gràcies a l’alliberament de les
vesícules extracel·lulars per part de les cèl·lules tumorals. Aquestes vesícules poden ser
aïllades de l’aspirat del lumen intestinal i emprades com a font de marcadors, ja que el
seu contingut reflexa l’estat de la cèl·lula d’origen. A més, el seu contingut en ARN a
pacients amb càncer es troba enriquit en vies relacionades amb l’estrès oxidatiu i la
mitocòndria, la inflamació, la proliferació i la mort cel·lular, que es veuen modificats per
la genisteïna per disminuir la viabilitat cel·lular de les cèl·lules de tumor primari i
metastàtic.
En conclusió, l’estudi dels estadis primerencs del càncer colorectal permet un major
coneixement de la progressió de la malaltia a més de la seva funció com a font de
marcadors primerencs, que també poden ser trobats al contingut de les vesícules
extracel·lulars, per al diagnòstic i pronòstic del càncer colorectal, que és clau per millorar
la supervivència dels pacients afectats per aquesta malaltia.
[spa] El cáncer colorrectal es la tercera neoplasia más común en el mundo y la segunda causa
de muerte por cáncer, de hecho, la supervivencia a los 5 años disminuye a lo largo de
los estadios de la enfermedad. Esta disminución indica la necesidad de un diagnóstico
temprano. La búsqueda de nuevos marcadores para el diagnóstico y pronóstico de esta
enfermedad está muy centrada en el estudio de los tejidos afectados por el cáncer, pero
a pesar de que el estrés oxidativo, la inflamación y la transición epitelio-mesénquima
son procesos clave para el desarrollo de esta patología no se conoce bien su papel en
los estadios tempranos. Además de encontrar estos marcadores en los tejidos
afectados, también se podrían encontrar en las vesículas extracelulares, ya que son
liberadas por las células del cáncer colorrectal desde estadios tempranos. Además, las
vesículas están delimitadas por una bicapa lipídica que protege su contenido de la
degradación. Estas vesículas se encuentran en la mayoría de los fluidos del cuerpo, por
tanto, se podrían encontrar en el aspirado del lumen intestinal, una muestra poco
conocida que se recoge durante las colonoscopias y que tiene un gran potencial como
herramienta para el estudio del cáncer colorrectal. Finalmente, la función principal de
las vesículas extracelulares es la comunicación entre células. La dieta es un factor de
riesgo para el cáncer colorrectal, ya que participa en su iniciación y progresión. La
genisteína, una isoflavona de los alimentos ricos en soja, actúa sobre el cáncer
colorrectal, aunque el mecanismo todavía no está completamente dilucidado.
Los objetivos de esta tesis fueron: 1) determinar los cambios en el estrés oxidativo,
inflamación, transición epitelio-mesénquima y metástasis en muestras de tejido tumoral
y tejido adyacente no tumoral de pacientes afectados por cáncer colorrectal en los
diferentes estadios de la enfermedad; 2) analizar el aspirado intestinal y las vesículas
extracelulares que contiene como herramienta para el estudio y diagnóstico del cáncer
colorrectal; 3) determinar y estudiar el ARN contenido en las vesículas extracelulares
aisladas del aspirado del lumen intestinal de pacientes afectados por cáncer colorrectal;
4) determinar el efecto de la genisteína sobre el estrés
oxidativo, la biogénesis mitocondrial y el estado inflamatorio sobre dos líneas celulares
de cáncer de colon.
Los resultados obtenidos indican que los estadios tempranos del cáncer colorrectal,
especialmente el estadio II, presentan características moleculares propias de estadios
más avanzados, lo que indica la importancia de los estadios tempranos en el desarrollo
de la enfermedad y la posibilidad de usarlos como fuente marcadores tempranos del
cáncer colorrectal. El tejido adyacente no tumoral presenta un incremento en el estado
inflamatorio a lo largo de los estadios, lo que podría indicar una comunicación entre
ambos tipos de tejido, que podría ser dada gracias a la liberación de las vesículas
extracelulares por parte de las células tumorales. Estas vesículas pueden ser aisladas del
aspirado del lumen intestinal y usadas como fuente de biomarcadores, ya que su
contenido refleja el estado de la célula de origen. Además, su contenido en ARN en
pacientes con cáncer se encuentra enriquecido en vías relacionadas con el estrés
oxidativo y mitocondria, la inflamación, la proliferación y la muerte celular, procesos
modificados por la genisteína para disminuir la viabilidad celular de células de tumor
primario y metastásico.
En conclusión, el estudio de los estadios tempranos del cáncer colorrectal permite un
mayor conocimiento de la progresión de la enfermedad además de su función como
biomarcadores tempranos, que también pueden ser encontrados en el contenido de las
vesículas extracelulares, para el diagnóstico y pronóstico del cáncer colorrectal, que es
clave para mejorar la supervivencia de los pacientes afectados por esta enfermedad.