Mecanismo antitumoral del ácido 2-hidroxioleico en glioblastoma: identificación de nuevos roles mediante análisis ómicos de membranas subcelulares y estudios biofísicos de membranas modelo

Abstract

[spa] El glioblastoma multiforme (GBM) es el tipo de tumor más común y maligno del sistema nervioso central (SNC). Se caracteriza por su elevada malignidad y letalidad y su tratamiento actual consiste en la resección quirúrgica combinada con radioterapia y quimioterapia (temozolomida), tratamiento estándar para el glioblastoma. El diagnóstico de la enfermedad implica una baja supervivencia, con una esperanza de vida de 14 meses y una elevada probabilidad de recaída. Por todos estos motivos, es crucial el desarrollo de nuevos fármacos para este tipo de patología. Las membranas biológicas actúan como barreras selectivas además de en multitud de procesos celulares. La interacción intermitente de proteínas con las membranas es responsable de la regulación de múltiples vías de señalización intracelular y finalmente del estado fisiológico de la célula. Esta interacción depende en gran medida de la composición lipídica de las mismas. En este contexto, la meliterapia o terapia lipídica de membrana emergió como una aproximación terapéutica innovadora que utiliza moléculas lipídicas para modificar la composición y estructura de las membranas. La meliterapia permitiría revertir un estado lipídico patológico y en consecuencia regularía la actividad de proteínas implicadas en cascadas de señalización intracelulares que estuvieran alteradas en la patología. El 2-OHOA (análogo natural del ácido oleico) es capaz de modificar la composición y estructura de la membrana modulando en consecuencia diferentes procesos celulares y ejerciendo un efecto antiproliferativo. Además, en su desarrollo, el 2-OHOA ha demostrado ser farmacológicamente seguro y eficaz en modelos celulares y animales y se encuentra en fases clínicas avanzadas tanto en adultos (ensayo de fase IIb/III), como en pacientes pediátricos (ensayo de fase I/IIa). Este trabajo se centra en la identificación de nuevos roles del 2-OHOA y sus productos derivados sobre la estructura de membrana y sobre la interacción de proteínas con las membranas celulares en la línea celular de glioma U118-MG. El objetivo es profundizar en el conocimiento del mecanismo de acción del 2-OHOA, especialmente en su papel como modulador del interruptor lipídico de proliferación. Los resultados de este trabajo confirmaron la incorporación del 2-OHOA y derivados así como la modulación del lipidoma de las membranas subcelulares estudiadas. Se describió un patrón de distribución diferencial entre el 2-OHOA y su metabolito ácido cis-8-heptadecenoico (C17:1n-9) generado mediante α-oxidación y potencial biomarcador o molécula efectora del tratamiento con 2-OHOA. Igualmente, se constató la existencia de una firma proteómica característica de los distintos compartimentos subcelulares de células de glioma, que se altera bajo tratamiento con 2-OHOA, que actúa provocando cambios en la localización subcelular de estas proteínas. Finalmente, fue posible relacionar estos cambios lipídicos y proteicos en las membranas con las alteraciones fisicoquímicas inducidas por el tratamiento, fortaleciendo la hipótesis de que el 2-OHOA es capaz de modular el interruptor lipídico de proliferación.

[cat] El glioblastoma multiforme (GBM) és el tipus de tumor més comú i maligne del sistema nerviós central (SNC). Es caracteritza per la seva elevada malignitat i letalitat i el seu tractament actual consisteix en la resecció quirúrgica combinada amb radioteràpia i quimioteràpia (temozolomida), tractament estàndard per al glioblastoma. El diagnòstic de la malaltia implica una baixa supervivència, amb una esperança de vida de 14 mesos i una elevada probabilitat de recaiguda. Per tots aquests motius, és indispensable el desenvolupament de nous fàrmacs per aquest tipus de patologia. Les membranes biològiques actuen com a barreres selectives i en multitud de processos cel·lulars. La interacció intermitent de proteïnes amb les membranes és responsable de la regulació de múltiples vies de senyalització intracel·lular i finalment de l’estat fisiològic de la cèl·lula. Aquesta interacció depèn molt de la composició lipídica de les membranes. En aquest context, la meliteràpia o teràpia lipídica de membrana va sorgir com una aproximació terapèutica innovadora que utilitza molècules lipídiques per a modificar la composició i estructura de les membranes. La meliteràpia permetria revertir un estat lipídic patològic i llavors modularia l’activitat de proteïnes implicades en cascades de senyalització intracel·lular que estiguessin alterades en la patologia. El 2-OHOA (anàleg natural de l’àcid oleic) és capaç de modificar la composició i estructura de la membrana modulant en conseqüència diferents processos cel·lulars i exercint un efecte antiproliferatiu. A més, en el seu desenvolupament, el 2-OHOA ha demostrat ser farmacològicament segur i eficaç en models cel·lulars i animals i es troba en fases clíniques avançades tant en adults (assaig de fase IIb/III), com en pacients pediàtrics (assaig de fase I/IIa). Aquest treball es fixa en la identificació de nous rols del 2-OHOA i els seus productes derivats sobre la estructura de membrana i sobre la interacció de proteïnes amb les membranes cel·lulars en la línia cel·lular de glioma U118-MG. L’objectiu és aprofundir en el coneixement del mecanisme d’acció del 2-OHOA, especialment en el seu paper com a modulador de l’interruptor lipídic de proliferació. Els resultats d’aquest treball confirmaren la incorporació del 2-OHOA i derivats, així com la modulació del lipidoma de les membranes subcel·lulars estudiades. Es descriu un patró de distribució diferencial entre el 2-OHOA i el seu metabòlit àcid cis-8-heptadecenoic (C17:1n-9), generat mitjançant α-oxidació i potencial biomarcador o molècula efectora del tractament amb 2-OHOA. Igualment, es va constatar l’existència d’una signatura proteòmica característica dels diferents compartiments subcel·lulars de glioma, que s’altera amb el tractament amb el 2-OHOA, que actua provocant canvis en la localització subcel·lular de les proteïnes. Finalment, fou possible relacionar aquests canvis a les membranes amb les alteracions fisicoquímiques induïdes pel tractament, enfortint la hipòtesi que el 2-OHOA és capaç de modular l’interruptor lipídic de proliferació.

[eng] Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common tumor of central nervous system (CNS). It shows high malignancy and lethality and its treatment is based on tumor surgical resection combined with radiotherapy and chemotherapy (temozolomide), the standard of care treatment for glioblastoma. Newly diagnosed GBM has devastating prognostic and implies low life expectancy (14 months) and high risk of relapse. Developing new therapeutic strategies is therefore crucial to improve patient’s recovery while maintaining life quality. Biological membranes act as selective barriers and in many other cellular processes. The transient interaction of proteins with membranes is responsible for the regulation of multiple intracellular signaling pathways and ultimately for the physiological state of the cell. This interaction mainly depends on the membrane lipid composition. In this context, melitherapy or membrane lipid therapy emerged as a new therapeutic approach which uses lipid molecules to modify the composition and structure of membranes. Melitherapy would allow to reverse a pathological lipid state and consequently regulate the activity of proteins involved in intracellular signaling pathways which were perturbed in disease. 2-OHOA (natural analogue of oleic acid) is able to change membrane lipid composition and structure consequently modulating different cellular processes and exerting an antiproliferative effect. Furthermore, in its clinical development, 2-OHOA is in advanced clinical phases both in adults (phase IIb/III trial) and paediatric patients (phase I/IIa trial) and has showed pharmacological efficacy and safety in cellular and animal models. This work focuses in the identification of new roles for 2-OHOA and its derived products on membrane structure and protein interaction with membrane in glioma cell line U118-MG. The main objective is to further investigate 2-OHOA’s mechanism of action, specially its role as lipid proliferation switch. Here, we confirmed 2-OHOA and derivatives incorporation in membranes and subcelular membrane lipid modulation. A differential distribution pattern between 2-OHOA and its metabolite cis-8-heptadecenoic acid (C17:1n-9), generated by α-oxidation and a potential biomarker or effector molecule of 2-OHOA treatment was described. We also found a characteristic proteomic signature for the different subcellular compartments of glioma cells, which is altered under treatment with 2-OHOA, causing changes in the subcelular membrane localisation of these proteins. Finally, we linked the changes in membrane lipidome to the physicochemical alterations induced by 2-OHOA, subsequently confirming the ability of 2-OHOA to modulate the lipid proliferation switch.